DE102005017305A1 - Thirteen-bit-digital to analog converter, has segments of partitioned cell arrangement with converter cells and redundant converter cells and self calibration unit with individual reference cell to calibrate converter cells - Google Patents

Thirteen-bit-digital to analog converter, has segments of partitioned cell arrangement with converter cells and redundant converter cells and self calibration unit with individual reference cell to calibrate converter cells Download PDF

Info

Publication number
DE102005017305A1
DE102005017305A1 DE200510017305 DE102005017305A DE102005017305A1 DE 102005017305 A1 DE102005017305 A1 DE 102005017305A1 DE 200510017305 DE200510017305 DE 200510017305 DE 102005017305 A DE102005017305 A DE 102005017305A DE 102005017305 A1 DE102005017305 A1 DE 102005017305A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
converter
converter cells
cell
cells
segment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE200510017305
Other languages
German (de)
Other versions
DE102005017305B4 (en
Inventor
Martin Clara
Antonio Di Giandomenico
Wolfgang Klatzer
Luca Gori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intel Germany Holding GmbH
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE200510017305 priority Critical patent/DE102005017305B4/en
Publication of DE102005017305A1 publication Critical patent/DE102005017305A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102005017305B4 publication Critical patent/DE102005017305B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • H03M1/1004Calibration or testing without interrupting normal operation, e.g. by providing an additional component for temporarily replacing components to be tested or calibrated
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/68Digital/analogue converters with conversions of different sensitivity, i.e. one conversion relating to the more significant digital bits and another conversion to the less significant bits
    • H03M1/682Digital/analogue converters with conversions of different sensitivity, i.e. one conversion relating to the more significant digital bits and another conversion to the less significant bits both converters being of the unary decoded type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66Digital/analogue converters
    • H03M1/74Simultaneous conversion
    • H03M1/742Simultaneous conversion using current sources as quantisation value generators

Abstract

The converter has two segments of partitioned cell arrangement (14) wit number of converter cells (15a, 17a) and redundant converter cells (15b, 17b). Weighted redundant converter cells are provided in the two segments . The converter cells and the redundant converter cells have same weight within the segments. An online-self calibration unit contains an individual reference cell for calibrating the converter cells (15a, 17a). An independent claim is also included for a method of online-calibration of converter cells of a digital to analog converter.

Description

Die Erfindung betrifft einen Digital/Analog-Wandler mit Selbstkalibrierung sowie ein Verfahren zum Kalibrieren des Digital/Analog-Wandlers.The The invention relates to a digital / analog converter with self-calibration and a method for calibrating the digital-to-analog converter.

Zum allgemeinen Hintergrund von D/A-Wandlern im Allgemeinen wird auf die US 6,346,901 B1 , die US 4,712,091 und die US 5,293,166 verwiesen. Zum allgemeinen Hintergrund von D/A-Wandlern mit Online-Selbstkalibrierung sei auf die Veröffentlichung von D. W. J. Groeneveld, H. J. Schouwenaars, H. A. H. Termeer, C. A. A. Bastiaansen, "A Self-Calibration Technique for Monolithic High-Resolution D/A Converters", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band 24, Dezember 1989, verwiesen.The general background of D / A converters in general is referred to the US 6,346,901 B1 , the US 4,712,091 and the US 5,293,166 directed. For the general background of on-line self-calibration D / A converters, see the publication by DWJ Groeneveld, HJ Schouwenaars, HAH Termeer, CAA Bastiaansen, "A Self-Calibration Technique for Monolithic High-Resolution D / A Converters", IEEE Journal of Solid State Circuits, Volume 24, December 1989.

Ein Digital/Analog-Wandler, nachfolgend auch kurz als D/A-Wandler bezeichnet, ist dazu ausgelegt, ein digitales Eingangssignal in ein analoges Ausgangssignal umzusetzen. Obwohl prinzipiell auf beliebige Digital/Analog-Wandler anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf einen monolithisch integrierten, für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ausgelegten D/A-Wandler mit einer Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung erläutert. Unter Online-Kalibrierung ist dabei zu verstehen, dass die Kalibrierung während des Betriebs des D/A-Wandlers, also quasi im Hintergrund, vorgenommen werden kann, ohne dass eine laufende D/A-Wandlung unterbrochen werden müsste.One Digital / analog converter, also referred to below as a D / A converter in short, is designed to convert a digital input signal to an analogue output signal implement. Although in principle to any digital / analog converter Applicable, the present invention as well as its basis lying problem below with reference to a monolithic integrated, for High-speed applications designed D / A converter with a facility for online self-calibration. Under online calibration is understand that the calibration during operation of the D / A converter, so to speak, in the background, can be made without a ongoing D / A conversion would have to be interrupted.

Ein monolithisch integrierter D/A-Wandler weist typischerweise eine Vielzahl von in einer Wandlermatrix oder einem so genannten Wandlerarray angeordneter Wandlerzellen auf. Die einzelnen Wandlerzellen sind idealerweise identisch in ihrem Aufbau. Ein nahezu allen monolithisch integrierten D/A- Wandlern inhärentes Problem besteht darin, dass zwischen den einzelnen Wandlerzellen typischerweise Fehlanpassungen, so genannte Mismatches vorhanden sind, die sich als Verzerrungen im Spektrum des analogen Ausgangssignals bemerkbar machen. Diese Fehlanpassungen werden mit zunehmender Integration, also mit der zunehmenden Verkleinerung der sich auf der integrierten Schaltung befindlichen Strukturen, immer vorherrschender und ließen sich lediglich auf Kosten einer geringeren Integration und damit einer größeren Chipfläche reduzieren. Dies würde neben höheren Kosten für den D/A-Wandler allerdings auch zu einer geringeren Geschwindigkeit der Wandlung und somit zu einer geringeren Leistungsfähigkeit des D/A-Wandlers führen.One monolithic integrated D / A converter typically has a Variety of in a transducer matrix or a so-called transducer array arranged on converter cells. The individual converter cells are ideally identical in their structure. Almost all monolithic integrated D / A converters inherent Problem is that between each converter cell typically mismatches, so-called mismatches exist are reflected as distortions in the spectrum of the analog output signal to make noticable. These mismatches are associated with increasing integration, So with the increasing reduction of itself on the integrated Circuit structures, increasingly prevalent and settled only at the cost of less integration and thus one reduce larger chip area. This would in addition to higher costs for the D / A converter but also to a lower speed of conversion and thus lead to a lower performance of the D / A converter.

Für die Realisierung sehr hochwertiger Kommunikationssysteme mit digitaler Signalverarbeitung, wie sie beispielsweise im Mobilfunk und für Breitbandanwendungen verwendet werden, werden D/A-Wandler mit mittlerer oder hoher Abtastrate und bestmöglichen analogen Eigenschaften verwendet. Die Qualität und Genauigkeit solcher Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler hängt von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren ab, von denen der so genannte störungsfreie Dynamikbereich (SFDR = spurious free dynamic range) des D/A-Wandler eine sehr entscheidenden Kenngröße darstellt.For the realization very high quality communication systems with digital signal processing, such as for example, in mobile and broadband applications become D / A converters with medium or high sampling rate and best possible analog properties used. The quality and accuracy of such high-speed D / A converters depends on a variety of different factors, of which the so-called trouble-free Dynamic range (SFDR = spurious free dynamic range) of the D / A converter represents a very decisive parameter.

1 zeigt ein typisches Ausgangsspektrum AS, welches durch Fehlanpassungen der D/A-Wandlerzellen hervorgerufene Verzerrungen im Ausgangsspektrum aufweist. In 1 bezeichnet die gewellte Linie A das Quantisierungsrauschen. Neben der Frequenz Fin des Eingangssignals existieren auch Harmonische 2Fin, 3Fin bei Vielfachen der Frequenz Fin. Diese Harmonischen 2Fin, 3Fin begrenzen den störungsfreien Dynamikbereich SFDR des D/A-Wandlers, was insgesamt zu einer geringeren effektiven Auflösung führt. Der störungsfreie Dynamikbereich SFDR bezeichnet – wie aus 1 ersichtlich ist – die Differenz zwischen der maximalen Amplitude der Frequenz Fin des Eingangssignals und der Amplitude derjeni gen harmonischen Frequenzkomponente 2Fin, die die größte Amplitude unter den Harmonischen 2Fin, 3Fin aufweist. 1 shows a typical output spectrum AS, which has distortions in the output spectrum caused by mismatches of the D / A converter cells. In 1 the wavy line A denotes the quantization noise. In addition to the frequency Fin of the input signal, there are also harmonics 2Fin, 3Fin at multiples of the frequency Fin. These harmonics 2Fin, 3Fin limit the interference-free dynamic range SFDR of the D / A converter, which leads to a lower effective resolution overall. The interference-free dynamic range SFDR designates - as out 1 is apparent - the difference between the maximum amplitude of the frequency Fin of the input signal and the amplitude ofjeni gene harmonic frequency component 2Fin, which has the largest amplitude among the harmonics 2Fin, 3Fin.

Anhand der 2 wird nun ein beispielsweise aus der eingangs beschriebenen IEEE-Veröffentlichung bekanntes Kalibrierverfahren beschrieben, das dazu verwendet werden kann, den störungsfreien Dynamikbereich SFDR zu vergrößern. Das Beispiel in 2 zeigt das Kalibrierprinzip anhand eines 6 Bit D/A-Wandlers B, der also 63 weitestgehend gleich aufgebaute Wandlerzellen C aufweist. Der D/A-Wandler B weist für die Kalibrierung ferner eine redundante Wandlerzelle D (in 2 schraffiert dargestellt, Zelle 64) sowie eine nicht dargestellte Referenzzelle auf. Die Referenzzelle wird bei der Selbstkalibrierung herangezogen, um nacheinander alle Wandlerzellen des D/A-Wandlers B zu kalibrieren. Durch Verwendung der redundanten Wandlerzelle D kann die Selbstkalibrierung online, also auch während des Betriebs des D/A-Wandlers B, vorgenommen werden.Based on 2 Now, a calibration method known, for example, from the IEEE publication described at the outset, which can be used to increase the interference-free dynamic range SFDR, will now be described. The example in 2 shows the calibration principle using a 6-bit D / A converter B, which thus has 63 largely the same constructed transducer cell C. The D / A converter B also has a redundant converter cell D (in 2 hatched shown, cell 64) and a reference cell, not shown. The reference cell is used in the self-calibration to sequentially calibrate all the converter cells of the D / A converter B. By using the redundant converter cell D, the self-calibration can be done online, including during operation of the D / A converter B.

Im Beispiel in 2 sind zum Kalibrieren der Wandlerzellen C, D des D/A-Wandlers B insgesamt 64 Kalibrierzyklen K1–K64 der Dauer T1 vorgesehen, von denen in der 2 lediglich die ersten drei Kalibrierzyklen K1–K3 und der letzte Kalibrierzyklus K64 dargestellt wurden. Das Durchlaufen aller Kalibrierzyklen K1–K64 definiert eine so genannte Kalibrierschleife E. Innerhalb der Kalibrierschleife E werden beginnend mit der ersten Wandlerzelle nacheinander alle Wandlerzellen C einschließlich der redundanten Wandlerzelle D kalibriert. Das Kalibrierungsverfahren springt dann typischerweise wieder zur ersten Wandlerzelle, um in der nächsten Kalibrierschleife E die Wandlerzellen erneut zu kalibrieren.In the example in 2 For calibration of the converter cells C, D of the D / A converter B a total of 64 calibration cycles K1-K64 of duration T1 are provided, of which in the 2 only the first three calibration cycles K1-K3 and the last calibration cycle K64 were shown. Passing through all calibration cycles K1-K64 defines a so-called calibration loop E. Within the calibration loop E, all converter cells C including the redundant converter cell D are calibrated one after the other starting from the first converter cell. The calibration procedure then typically jumps back to the first one Transducer cell to recalibrate the converter cells in the next calibration loop E.

Typischerweise verwendet der D/A-Wandler zur Erzeugung der analogen Ausgangsspannung einen Thermometercode. Daneben existieren auch D/A-Wandler, die sich einem Kapazitätsnetzwerk oder einer Kapazitätsmatrix zur Quantisierung des ana logen Wertes bedienen, wobei hier zur Ansteuerung des Kapazitätsnetzwerks bzw. der Kapazitätsmatrix typischerweise binär kodierte Steuersignale verwendet werden.typically, uses the D / A converter to generate the analog output voltage a thermometer code. In addition, there are also D / A converters, the itself to a capacity network or a capacity matrix for the quantization of the analogue value of the capacity network or the capacity matrix typically binary coded control signals are used.

Insbesondere bei hochbitratigen D/A-Wandlern ist es zunehmend aufwändiger, die Eingangsbits in einen Thermometercode umzuwandeln. Dies liegt daran, dass die eingangsseitig anliegenden binär codierten Eingangsbits parallel in einen Thermometercode umcodiert werden müssen, was zur Folge hat, dass bei zunehmender Bitbreite der dafür erforderliche schaltungstechnische Aufwand exorbitant steigt. Aus diesem Grund wird hier im Allgemeinen eine Segmentierung der eingangsseitig angelegten Bits vorgenommen, wobei die höherwertigen Bits (MSB = most significant bits) in einen Thermometercode umgewandelt werden und die niedrigerwertigen Bits (LSB = least significant bits) als binär kodierte Bits mit geeigneter Wichtung vorliegen. Zusätzlich kann noch eine weitere, feinere Unterteilung vorgenommen werden, beispielsweise durch weitere Unterscheidung von so genannten ISB-Bits (ISB = intermediate significant bits), die entweder im Thermometercode umgewandelt werden oder in binär codierter Form vorliegen.Especially With high-bit-rate D / A converters, it is increasingly costly, to convert the input bits into a thermometer code. This is because that the input binary-coded input bits are parallel must be recoded into a thermometer code, which has the consequence that with increasing bit width of the required circuitry Expense increases exorbitantly. For this reason, here in general a segmentation of the input-side applied bits, the higher quality Bits (MSB = most significant bits) converted into a thermometer code and the least significant bits (LSB). as binary coded bits are present with appropriate weighting. In addition, can yet another, finer subdivision be made, for example by further differentiation of so-called ISB bits (ISB = intermediate significant bits) converted either in thermometer code or in binary coded form.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten, in drei verschiedene Segmente F, G, H unterteilten 13-Bit-D/A-Wandlers B mit einer Vielzahl von Wandlerzellen K. In das erste, so genannte MSB-Segment F werden sechs Eingangsbits, die Thermometercode codiert vorliegen, eingekoppelt. Die Wandlerzellen des MSB-Segmentes F weisen somit eine Wichtung von somit 128 auf. In das zweite, so genannten ISB-Segment G werden zwei Thermometercode codierte Bits eingekoppelt, die entsprechenden Wandlerzellen K weisen eine Wichtung von 32 auf. Dem dritten, so genannten LSB-Segment H werden fünf binär gewichtete Bits mit einer Wichtung von 16, 8, 4, 2 und 1 zugeführt. Die Erzeugung der Thermometercode codierten Bits erfolgt in bekannter Weise mittels eines dem jeweiligen MSB- bzw. ISB-Segment F, G vorgeschalteten Bitdekoders (in 3 nicht dargestellt). 3 shows a block diagram of a known, in three different segments F, G, H divided 13-bit D / A converter B with a plurality of converter cells K. In the first, so-called MSB segment F six input bits, the thermometer code encoded present, coupled. The converter cells of the MSB segment F thus have a weighting of 128. In the second, so-called ISB segment G two thermometer code coded bits are coupled, the corresponding converter cells K have a weight of 32 on. The third, so-called LSB segment H, is supplied with five binary-weighted bits with a weighting of 16, 8, 4, 2 and 1. The generation of the thermometer code coded bits in a known manner by means of a respective MSB or ISB segment F, G upstream bit decoder (in 3 not shown).

Durch Hinzufügen einer redundanten D/A-Wandlerzelle L und einer Referenzzelle M im MSB-Segment F kann das anhand der 2 beschriebene Verfahren zur Selbstkalibrierung in entsprechender Weise für sämtliche Wandlerzellen K des MSB-Segmentes F angewendet werden. Da für die Verzerrungen im Ausgangsspektrum des D/A-Wandlers im Allgemeinen die dem MSB-Segment F zugeordneten D/A-Wandlerzellen K hauptverantwortlich sind, lässt sich dadurch die gesamte Verzerrung im Ausgangsspektrum AS zwar signifikant reduzieren, jedoch nicht ganz beseitigen. Die verbleibenden Verzerrungen im Ausgangsspektrum AS werden verursacht durch eine verbleibende Fehlanpassung der Wandlerzellen K der ISB- und LSB-Segmente G, H, die bei der durch das eben beschriebene Verfahren eben nicht kalibriert werden.By adding a redundant D / A converter cell L and a reference cell M in the MSB segment F, this can be determined on the basis of 2 described method for self-calibration in a corresponding manner for all converter cells K of the MSB segment F are applied. Since the D / A converter cells K assigned to the MSB segment F are generally responsible for the distortions in the output spectrum of the D / A converter, the total distortion in the output spectrum AS can be significantly reduced, but not entirely eliminated. The remaining distortions in the output spectrum AS are caused by a remaining mismatch of the converter cells K of the ISB and LSB segments G, H, which are just not calibrated in the method just described.

Das besondere Problem besteht hier darin, dass das anhand der 2 und 3 beschriebene Kalibrierverfahren bislang begrenzt ist auf das Kalibrieren der Wandlerzellen K eines einzigen, im vorliegenden Fall des höchstwertigen MSB-Segments F. Dies liegt daran, dass die verwendete Referenzzelle M lediglich auf die Wandlerzellen K jeweils eines Segmentes angepasst werden kann. Die Wandlerzellen K der anderen, typischerweise niedrigerwertigen Segmente werden dagegen nicht kalibriert, was eben eine entsprechende unerwünschte Restverzerrung im Ausgangsspektrum AS zur Folge hat.The particular problem here is that based on the 2 and 3 calibration method described so far is limited to the calibration of the converter cells K of a single, in the present case the most significant MSB segment F. This is because the reference cell M used can only be adapted to the converter cells K of each segment. By contrast, the converter cells K of the other, typically lower-value segments are not calibrated, which results in a corresponding unwanted residual distortion in the output spectrum AS.

Insbesondere für hochbitratige D/A-Wandler, die mehrere Wandlersegmente aufweisen, ist das ein Zustand den es zu vermeiden oder zumindest zu verbessern gilt.Especially for high bit rate D / A converters that have multiple transducer segments is one state to avoid or at least to improve.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verzerrung im Ausgangsspektrum eines segmentierten D/A-Wandlers und insbesondere eines segmentierten D/A-Wandlers mit im Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung möglichst weit zu reduzieren und im Idealfall ganz zu eliminieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen D/A-Wandler mit einem möglichst großen störungsfreien Dynamikbereich SFDR bereitzustellen.Of the The present invention is therefore based on the object, the distortion in the output spectrum of a segmented D / A converter and in particular a segmented one D / A converter with background online calibration preferably far and ideally eliminate it altogether. Another The task is to use a D / A converter with one as possible huge trouble-free Provide dynamic range SFDR.

Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser Aufgaben durch einen D/A-Wandler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch Verfahren zum Kalibrieren eines D/A-Wandlers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und 12 gelöst.According to the invention, at least one of these tasks through a D / A converter with the features of Patent claim 1 and / or by methods for calibrating a D / A converter with the features of claim 10 and 12 solved.

Ein segmentierter Digital-Analog-Wandler, mit einer in zumindest zwei Segmenten unterteilten Zellenanordnung mit jeweils einer Vielzahl von Wandlerzellen und redundanter Wandlerzellen, wobei in einem ersten Segment erste gewichtete Wandlerzellen und zumindest eine erste gewichtete redundante Wandlerzelle vorgesehen sind, wobei in zumindest einem zweiten, dem ersten Segment untergeordneten Segment jeweils zweite gewichtete Wandlerzellen und eine Vielzahl zweiter gewichteter redundanter Wandlerzellen vorgesehen sind, wobei die Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen innerhalb eines Segmentes dieselbe Gewichtung aufweisen, mit einer Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung enthaltend eine einzelne Referenzzelle zum Kalibrieren der Wandlerzellen zumindest zweier Segmente des Digital-Analog-Wandlers. (Patentanspruch 1)A segmented digital-to-analog converter having a cell arrangement subdivided into at least two segments, each having a plurality of converter cells and redundant converter cells, wherein in a first segment first weighted converter cells and at least one first weighted redundant converter cell are provided, wherein in at least a second, the first segment subordinate segment are respectively provided second weighted converter cells and a plurality of second weighted redundant converter cells, wherein the converter cells and redundant converter cells within a segment have the same weighting, with an apparatus for online self-calibration comprising a single reference cell for calibrating the converter cells of at least two segments of the digital-to-analog converter. (Claim 1)

Ein Verfahren zum Online-Kalibrieren der Wandlerzellen eines erfindungsgemäßen D/A-Wandlers, bei dem zumindest die Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen zweier Segmente auf den Wert der Referenzzelle kalibriert werden. (Patentanspruch 10)One Method for online calibration of the converter cells of a D / A converter according to the invention, in which at least the converter cells and redundant converter cells two segments are calibrated to the value of the reference cell. (Claim 10)

Ein Verfahren zum Betreiben der Wandlerzelle für einen erfindungsgemäßen D/A-Wandler, mit den folgenden drei Betriebsmodi:

  • – einen ersten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) für die Digital-Analog-Wandlung herangezogen wird/werden,
  • – einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) kalibriert wird/werden,
  • – einem dritten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) in einem inaktiven Modus bezogen auf eine Referenz, insbesondere bezogen auf das Bezugspotenzial, betrieben wird/werden. (Patentanspruch 12)
A method of operating the converter cell for a D / A converter according to the invention, having the following three modes of operation:
  • A first operating mode in which the converter cell (s) is / are used for the digital-to-analog conversion,
  • A second mode of operation in which the converter cell (s) is calibrated,
  • A third operating mode, in which the converter cell (s) is / are operated in an inactive mode with respect to a reference, in particular with reference to the reference potential. (Claim 12)

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass für das Kalibrieren der Wandlerzellen unterschiedlicher Segmente die Verwendung einer gleichen Referenzzelle für alle Wandlerzellen erforderlich ist, dass also die Verwendung unterschiedlicher Referenzzellen eigens für die Kalibrierung der unterschiedlichen Segmente (MSB, ISB, LSB) nicht möglich ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Referenzzelle, die an die Wandlerzellen eines Segmentes angepasst sind, neben diesem Segment auch für alle anderen Segmente verwendet werden muss.The Knowledge of the present invention is that for the calibration the converter cells of different segments the use of a same reference cell for all converter cells is required, that is, the use of different Reference cells specially for the calibration of the different segments (MSB, ISB, LSB) not possible is. This means that, for example, the reference cell, the the converter cells of a segment are matched next to this segment also for all other segments must be used.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, die Referenzzelle zur Kalibrierung der Wandlerzellen eines Segments zusätzlich auch für die Wandlerzellen der jeweils anderen Segmente des D/A-Wandlers zu verwenden. Hierzu wird der D/A-Wandler mit einer entsprechend angepassten Einrichtung zur Kalibrierung der Wandlerzellen ausgestattet.The The idea underlying the present invention is that the reference cell for calibration of the converter cells of a segment additionally also for the converter cells of the other segments of the D / A converter to use. For this purpose, the D / A converter with a correspondingly adapted Device for calibrating the converter cells equipped.

Der besondere Vorteil des neuen Kalibrierprozesses besteht darin, dass eine Restverzerrung im Ausgangsspektrum des analogen Ausgangssignals, die ohne weitere Kalibriermaßnahmen mit nicht-kalibrierten ISB- und LSB-Wandlerzellen einhergehen, durch die erfindungsgemäße Kalibriereinrichtung sowie den entsprechend modifizierten Kalibrierprozess weiter reduziert wird. Dies führt insgesamt zu einer Erhöhung des gesamten störungsfreien Dynamikbereiches SFDR. Die erfindungsgemäße Lösung hat ferner den bedeutenden Vorteil, die Linea rität eines vorgegebenen segmentierten D/A-Wandlers, der eine im Hintergrund ablaufende Online-Selbstkalibriertechnik verwendet, signifikant zu verbessern. Der dafür erforderliche schaltungstechnische Mehraufwand, der insbesondere auf Grund der größeren Anzahl redundanter Wandlerzellen und einer aufwändigeren Steuerlogik für die Kalibrierung erforderlich ist, und die damit einhergehende Vergrößerung der Chipfläche ist angesichts der verbesserten Eigenschaften, zum Beispiel hinsichtlich des SFDR, vernachlässigbar gering, vor allem wenn bei dieser Implementierung eine moderne so genannte sub-micron CMOS-Technologie zum Einsatz kommt.Of the particular advantage of the new calibration process is that a residual distortion in the output spectrum of the analogue output signal, without further calibration associated with non-calibrated ISB and LSB converter cells the calibration device according to the invention and the correspondingly modified calibration process further reduced becomes. this leads to altogether to an increase the entire trouble-free Dynamic range SFDR. The solution according to the invention also has the significant Advantage, the linearity a given segmented D / A converter, one in the background ongoing online self-calibration technique used significantly to improve. The one for it required additional circuitry overhead, in particular due to the larger number redundant converter cells and a more complex control logic for calibration required is, and the concomitant increase in chip area given the improved properties, for example in terms of of the SFDR, negligible low, especially if in this implementation a modern so called sub-micron CMOS technology is used.

Vorzugsweise wird dabei eine solche Referenzzelle verwendet, wie sie für die Wandlerzellen des höchstwertigen Segmentes vorgesehen ist.Preferably In this case, such a reference cell is used as for the converter cells of most Segmentes is provided.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens bzw. der entsprechenden Kalibriereinrichtung besteht darin, dass eine einzige Referenzzelle, die beispielsweise dem höchstwertigen Segment zugeordnet ist, zum Kalibrieren sämtlicher Wandlerzellen in allen Segmenten herangezogen werden kann. Auf diese Weise können neben den Wandlerzellen des höchstwertigen Segmentes auch die entsprechenden Wandlerzellen der niedrigerwertigen Segmente kalibriert werden. Hierzu ist es zum Einen erforderlich, die Art der für die niedrigerwertigen Segmente erforderlichen redundanten Wandlerzellen entsprechend an insbesondere die Größe und somit die Gewichtung der entsprechenden redundanten Wandlerzelle des jeweils übergeordneten Segmentes und insbesondere an die redundante Wandlerzelle des höchstwertigen Segmentes anzupassen. Zum Anderen ist hierfür ein zusätzlicher, so genannter Dumping-Betriebsmodus erforderlich, bei dem die entsprechenden Einheitszellen in einen inaktiven Betriebsmodus geschalten werden. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, da für die niedrigerwertigen Segmente zwei Gruppen an redundanten Wandlerzellen benötigt werden, von denen jeweils einer im Kalibriermodus und der jeweils andere im Dumping- Betrieb betrieben werden. Erst die Verwendung zweier unterschiedlicher Gruppen von redundanten Wandlerzellen macht eine Kalibrierung in der Wandlerzelle niedrigerwertiger Segmente effektiv.Of the particular advantage of the calibration method according to the invention or the corresponding calibration device is that a single reference cell associated with, for example, the most significant segment is to calibrate all Converter cells can be used in all segments. To this Way you can next to the converter cells of the highest value Segmentes also the corresponding converter cells of the lower order Segments are calibrated. For this it is necessary on the one hand the kind of for the lower-level segments required redundant converter cells according to in particular the size and thus the weighting the corresponding redundant converter cell of the respective parent Segmentes and in particular to the redundant converter cell of the most significant Segment. On the other hand, this is an additional, so-called dumping operating mode required, in which the corresponding unit cells in a inactive operating mode. This is special therefore necessary, since for the lower-order segments two groups of redundant converter cells needed of which one each in calibration mode and each others in dumping operation operate. Only the use of two different groups of redundant converter cells makes a calibration in the converter cell effective segments.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen sowie in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.advantageous Embodiments and developments of the invention are in the other dependent claims and in the description with reference to the drawing removable.

In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt das erste Segment das höchstwertige Segment, also das MSB-Segment des Wandlers dar.In In a preferred embodiment, the first segment represents the most significant one Segment, ie the MSB segment of the converter.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Größe der ersten Wandlerzellen und der ersten redundanten Wandlerzelle auf den Wert der Referenzzelle derart abgestimmt, dass die Gewichtung der Referenzzelle der Gewichtung der ersten Wandlerzellen bzw. der Wandlerzellen des höchstwertigen Segmentes entspricht.In In a preferred embodiment, the size of the first converter cells and the first redundant converter cell to the value of the reference cell tuned such that the weighting of the reference cell of weighting the first converter cells or the converter cells of the most significant segment equivalent.

Typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, ist die Anzahl der zweiten redundanten Wandlerzellen eines zweiten Segmentes auf die Größe des jeweiligen zweiten Segmentes sowie des jeweiligen übergeordneten Segmentes abgestimmt.typically, but not necessarily, is the number of second redundant converter cells a second segment to the size of the respective second segment and the respective parent Segmented.

In einer ebenfalls typischen Ausgestaltung weist ein zweites Segment zumindest eine der Anzahl der jeweiligen zweiten Wandlerzellen entsprechende Anzahl an redundanten Wandlerzellen auf.In a likewise typical embodiment has a second segment at least one of the number of the respective second converter cells corresponding Number of redundant converter cells.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung sind die zweiten Wandlerzellen und zweiten redundanten Wandlerzellen zumindest eines zweiten Segments in zwei gleich große Zellgruppen aufgeteilt, wobei in einer ersten Zellgruppe jeweils nur zweite redundante Wandlerzellen des jeweiligen zweiten Segmentes und in einer zweiten Zellgruppe zumindest alle zweiten Wandlerzellen des jeweiligen zweiten Segmentes angeord net sind. Vorzugsweise weist die zweite Zellgruppe neben den zweiten Wandlerzellen zumindest eine zweite redundante Wandlerzelle auf.In a very advantageous development, the second converter cells and second redundant converter cells of at least one second segment in two equal sizes Divided into groups of cells, wherein in a first cell group respectively only second redundant converter cells of the respective second segment and in a second cell group at least all second converter cells The respective second segment are angeord net. Preferably the second cell group next to the second converter cell at least one second redundant converter cell.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung allen Segmenten zugeordnet und damit dazu ausgelegt, die Wandlerzellen aller Segmente zu kalibrieren. Alternativ wäre auch denkbar, wenn die Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung lediglich den Wandlerzellen der zumindest zwei höchstwertigen Segmente zugeordnet ist und damit dazu ausgelegt ist, lediglich die Wandlerzellen dieser Segmente zu kalibrieren.In a first advantageous embodiment, the device for Online self-calibration is assigned to all segments and therefore added designed to calibrate the transducer cells of all segments. alternative would be too conceivable if the device for online self-calibration only associated with the converter cells of the at least two most significant segments is and thus designed to only the converter cells this Calibrate segments.

Beim Kalibrieren der zweiten Wandlerzellen und der zweiten redundanten Wandlerzellen der zweiten Segmente werden typischerweise zunächst die Wandlerzellen der einen Zellgruppe kalibriert und die Wandlerzellen der jeweils anderen Gruppe bleiben deaktiviert. Anschließend wird der Vorgang umgekehrt und die Wandlerzellen der anderen Zellgruppe werden kalibriert und die Wandlerzellen der jeweils einen Zellgruppe bleiben deaktiviert.At the Calibrating the second converter cells and the second redundant Transducer cells of the second segments will typically be the first Converter cells of a cell group calibrated and the converter cells the other group remain deactivated. Subsequently, will the process is reversed and the transducer cells of the other cell group are calibrated and the converter cells of each cell group stay disabled.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:The Invention will be described below with reference to the schematic figures specified embodiments explained in more detail. It shows:

1 ein Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers mit Fehlanpassung der D/A-Wandlerzellen zur Erläuterung des störungsfreien Dynamikbereichs (SFDR); 1 an output spectrum of a D / A converter with mismatch of the D / A converter cells to explain the interference-free dynamic range (SFDR);

2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines bekannten, Kalibrierverfahrens für einen 6-Bit-D/A-Wandler; 2 a block diagram for explaining a known, calibration method for a 6-bit D / A converter;

3 ein Blockschaltbild eines bekannten segmentierten D/A-Wandlers, der mittels eines anhand der 2 beschriebenen Kalibrierverfahrens kalibrierbar ist; 3 a block diagram of a known segmented D / A converter, by means of a reference to the 2 calibrated calibration method is described;

4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen 13-Bit-D/A-Wandlers mit erfindungsgemäßer, im Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung; 4 a block diagram of a 13-bit D / A converter according to the invention with inventive, running in the background online calibration;

5 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen D/A-Einzellzelle; 5 a circuit diagram of a D / A Einzellzelle according to the invention;

6 ein Blockschaltbild zur Darstellung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsprinzip; 6 a block diagram for illustrating the calibration principle according to the invention;

7 ein Blockschaltbild zur Darstellung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsprinzips, welches lediglich eine Kalibrierung der MSB und ISB-Segmente, nicht jedoch der Wandlerzellen des LSB-Segmentes vornimmt; 7 a block diagram for illustrating the calibration principle according to the invention, which only performs a calibration of the MSB and ISB segments, but not the converter cells of the LSB segment;

8 anhand eines Blockschaltbildes das Prinzip der Ermittlung der Anzahl und Aufteilung der für die erfindungsgemäße Kalibrierung erforderlichen zusätzlichen redundanten Wandlerzellen; 8th on the basis of a block diagram, the principle of determining the number and distribution of the additional redundant converter cells required for the calibration according to the invention;

9 anhand eines Blockschaltbildes das Prinzip des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorythmus in allgemeiner Form; 9 on the basis of a block diagram, the principle of the calibration algorithm according to the invention in general form;

10 das Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers mit dem anhand von 9 dargestellten erfindungsgemäßen rekursiven Kalibrieralgorhythmus im Vergleich zu einem D/A-Wandler ohne diesen Kalibrieralgorythmus. 10 the output spectrum of a D / A converter with the basis of 9 illustrated recursive Kalibrieralgorhythmus invention compared to a D / A converter without this Kalibrieralgorthmus.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente, Signale und Merkmale – sofern nichts Anderes angegeben ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures of the drawing are identical or functionally identical elements, Signals and characteristics - if nothing else is indicated - each with the same reference numerals have been provided.

4 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen 13-Bit-D/A-Wandlers mit erfindungsgemäßer, im Hintergrund ablaufender Online-Kalibrierung. In 4 ist der D/A-Wandler mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der D/A-Wandler 10 weist einen Eingang 11 und einen Ausgang 12 auf. Am Eingang 11 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein digitales, 13-Bit-breites Eingangssignal VIN eingekoppelt. Das digitale Eingangssignal VIN liegt typischerweise binär kodiert vor. Der D/A-Wandler 10 ist dazu ausgelegt, das digitale Eingangssignal VIN in ein, dem digitalen Wert des Eingangssignals VIN entsprechendes analoges Ausgangsignal VOUT, typischerweise ein Spannungs- oder Stromsignal VOUT, zu wandeln, welches am Ausgang 12 abgreifbar ist. 4 shows a block diagram of a 13-bit D / A converter according to the invention with inventive, running in the background online calibration. In 4 is the D / A converter with reference numerals 10 designated. The D / A converter 10 has an entrance 11 and an exit 12 on. At the entrance 11 In the present exemplary embodiment, a digital, 13-bit-wide input signal VIN is coupled in. The digital input signal VIN is typically binary-coded. The D / A converter 10 is adapted to convert the digital input signal VIN into an analogue output signal VOUT, corresponding to the digital value of the input signal VIN, more typically way a voltage or current signal VOUT, to convert, which at the output 12 can be tapped.

Die Umsetzung des digitalen Eingangssignals VIN in ein analoges Ausgangssignal erfolgt im D/A-Wandler 10 in an sich bekannter Weise unter Verwendung einer Vielzahl von Stromquellen, die zugeschaltet oder weggeschaltet werden und die dadurch abhängig von dem digitalen Wert einen entsprechenden Strom erzeugen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das binäre Eingangssignal VIN als Thermometercode vorliegt. Die Umsetzung des binären Eingangssignals VIN in einen Thermometercode erfolgt in einem Bitdekoder 13. Dem Bitdekoder 13 ist eine D/A-Wandleranordnung 14 nachgeschaltet, die zur Erzeugung des analogen Ausgangssignals VOUT eine Strommatrix mit einer Vielzahl von schaltbaren Stromquellen aufweist.The conversion of the digital input signal VIN into an analogue output signal takes place in the D / A converter 10 in a manner known per se using a plurality of current sources, which are switched on or off and thereby generate a corresponding current depending on the digital value. For this purpose, it is advantageous if the binary input signal VIN is present as a thermometer code. The conversion of the binary input signal VIN into a thermometer code takes place in a bit decoder 13 , The bit decoder 13 is a D / A converter arrangement 14 downstream, which has a current matrix with a plurality of switchable current sources for generating the analog output signal VOUT.

In 4 ist ein segmentierter D/A-Wandler 10 dargestellt, der hier lediglich beispielhaft drei Wandlersegmente 1517 aufweist, die innerhalb der D/A-Zellenanordnung 14 angeordnet sind. Es handelt sich dabei um ein erstes, so genanntes MSB-Segment 15, ein zweites, so genanntes ISB-Segment 16 und ein drittes, so genanntes LSB-Segment 17. Jedem Segment 1517 ist eine entsprechende Dekodiereinrichtung 15', 16', 17' innerhalb des Bitdekoders 13 zugeordnet, die im Falle des MSB-Segments 15 und des ISB-Segments 16 die entsprechende Thermometerkodierung vornehmen und die im Falle des LSB-Segments 17 als Durchkontaktierung ausgebildet ist.In 4 is a segmented D / A converter 10 shown, the example here only three converter segments 15 - 17 that is within the D / A cell array 14 are arranged. This is a first, so-called MSB segment 15 , a second, so-called ISB segment 16 and a third, so-called LSB segment 17 , Every segment 15 - 17 is a corresponding decoder 15 ' . 16 ' . 17 ' within the bit decoder 13 assigned in the case of the MSB segment 15 and the ISB segment 16 make the appropriate thermometer coding and in the case of the LSB segment 17 is designed as a via.

Für die Wandlung des 13-Bit breiten Eingangssignals VIN stellt diese Art und Anzahl der Segmentierung eine bevorzugte Ausgestaltung dar.For the change of the 13-bit wide input signal VIN represents this type and number the segmentation is a preferred embodiment.

Die einzelnen Segmente 1517 weisen jeweils gewichtete Wandlerzellen 15a, 16a, 17a auf, wobei deren Gewichtung in den unterschiedlichen Segmenten 1517 segmentspezifisch ist und im Wesentlichen abhängt von der Bitbreite der in das jeweilige Segment 1517 eingekoppelten Signale und der Art deren Codierung (Thermometercode, Binärcode, etc. Das bedeutet, bei einer vorgegebenen Art der Segmentierung sowie einer vorgegebenen Anzahl der innerhalb eines jeweiligen Segmentes vorhandenen Wandlerzellen, ist deren Gewichtung vorgegeben. Insbesondere hängt die Gewichtung der jeweiligen Wandlerzellen eines Segmentes im Wesentlichen von der Bitanzahl in den unteren Segmenten und insbesondere von der Bitanzahl in dem niedrigsten Segment ab, es gilt also im Allgemeinen 2n), wobei n die Bitbreite bzw. die Anzahl der in den niedrigerwertigen Segmenten zu verarbeiteten Bits bezeichnet. Innerhalb der MSB- und ISB-Segmente 15, 16 ist die Gewichtung der jeweiligen Wandlerzellen 15a, 16a jeweils identisch.The individual segments 15 - 17 each have weighted transducer cells 15a . 16a . 17a on, with their weighting in the different segments 15 - 17 is segment-specific and essentially depends on the bit width of the respective segment 15 - 17 The weighting of the respective converter cells of a segment depends in particular on the weighting of the signals and the type of coding (thermometer code, binary code, etc.) Essentially from the number of bits in the lower segments, and more particularly from the number of bits in the lowest segment, so it is generally 2 n) , where n denotes the bit width or the number of bits to be processed in the lower-value segments. Within the MSB and ISB segments 15 . 16 is the weighting of the respective converter cells 15a . 16a each identical.

Die einzelnen Segmente weisen ferner gewichtet redundante Zellen 15b, 16b, 17b auf, auf die nachfolgend noch eingegangen wird.The individual segments also have weighted redundant cells 15b . 16b . 17b which will be discussed below.

Ferner ist eine Referenzzelle 18 vorgesehen, die ebenfalls gewichtet ist. Die Gewichtung der Referenzzelle 18 entspricht typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, der Gewichtung der am kritischsten, höchstwertigen Wandlerzellen, also im vorliegenden Fall der Gewichtung der MSB-Wandlerzellen 15a.Further, a reference cell 18 provided, which is also weighted. The weight of the reference cell 18 typically, but not necessarily, corresponds to the weighting of the most critical, most significant converter cells, that is, in the present case, the weighting of the MSB converter cells 15a ,

Nachfolgend sei der Aufbau der Wandleranordnung 14 und insbesondere der einzelnen Segmente 1517 detailliert beschrieben: Below is the structure of the transducer assembly 14 and in particular the individual segments 15 - 17 described in detail:

MSB-Segment 15:MSB segment 15 :

Das MSB-Segment 15 ist dazu ausgelegt, die sechs höchstwertigen binären Bits des 13-Bit Eingangssignals VIN und damit 63 Bits im Thermometercode zu wandeln. Das MSB-Segment 15 umfasst daher 63 gewichtete MSB-Wandlerzellen 15a sowie eine redundante gewichtete MSB-Wandlerzelle 15b. Die Wichtung jeder dieser MSB-Wandlerzellen 15a, 15b beträgt hier 128 (= 2(5+2)). Jede MSB-Wandlerzelle 15a, 15b umfasst somit 128 Einzelzellen mit jeweils einer schaltbaren Stromquelle, wie sie zum Beispiel nachfolgend anhand der 5 beschrieben wird.The MSB segment 15 is designed to convert the six most significant binary bits of the 13-bit input signal VIN and thus 63 bits in thermometer code. The MSB segment 15 therefore comprises 63 weighted MSB converter cells 15a and a redundant weighted MSB converter cell 15b , The weighting of each of these MSB converter cells 15a . 15b here is 128 (= 2 (5 + 2) ). Each MSB converter cell 15a . 15b thus comprises 128 individual cells, each with a switchable current source, as for example described below with reference to 5 is described.

ISB-Segment 16:ISB segment 16 :

Das ISB-Segment 16 ist dazu ausgelegt zwei binär kodierte Bits des Eingangssignals VIN und damit drei Bits im Thermometercode zu wandeln. Das ISB-Segment 16 weist hierzu drei gewichtete ISB-Wandlerzellen 16a sowie erfindungsgemäß fünf redundante gewichtete ISB-Wandlerzellen 16b auf. Die ISB-Wandlerzellen 16a, 16b sind hier mit 32 (= 25) gewichtet und umfassten somit 32 Einzelzellen.The ISB segment 16 is designed to convert two binary coded bits of the input signal VIN and thus three bits in the thermometer code. The ISB segment 16 has three weighted ISB converter cells for this purpose 16a and according to the invention five redundant weighted ISB converter cells 16b on. The ISB converter cells 16a . 16b here are weighted with 32 (= 2 5 ) and thus comprised 32 single cells.

Die ISB-Wandlerzellen 16a und redundanten ISB-Wandlerzellen 16b sind erfindungsgemäß in zwei gleich viel ISB-Wandlerzellen 16a, 16b enthaltende Zellengruppen 16c, 16d unterteilt, wobei in der ersten ISB-Zellengruppe 16c lediglich eine redundante ISB-Wandlerzelle 16b sowie die „normalen" Wandlerzellen 16a und in der zweiten ISB-Zellengruppe 16d ausschließlich redundante ISB-Wandlerzellen 16b vorgesehen sind.The ISB converter cells 16a and redundant ISB converter cells 16b are according to the invention in two equal amount ISB converter cells 16a . 16b containing cell groups 16c . 16d subdivided, being in the first ISB cell group 16c only a redundant ISB converter cell 16b as well as the "normal" converter cells 16a and in the second ISB cell group 16d exclusively redundant ISB converter cells 16b are provided.

LSB-Segment 17:LSB segment 17 :

Das LSB-Segment 17 ist dazu ausgelegt, fünf binär codierte Bits des Eingangssignals VIN zu wandeln. Diese binär codierten Bits werden über eine Durchkontaktierung 17' direkt dem LSB-Segment 17 zugeführt. Das LSB-Segment 17 enthält im vorliegenden Ausführungsbeispiel fünf gewichtete LSB- Wandlerzellen 17a sowie sieben redundante gewichtete LSB-Wandlerzellen 17b, die aber jeweils eine der Wertigkeit des jeweils umzusetzenden Bits unterschiedliche binäre Wichtung im Bereich von 1 bis 16 aufweisen.The LSB segment 17 is designed to convert five binary-coded bits of the input signal VIN. These binary coded bits are via a via 17 ' directly to the LSB segment 17 fed. The LSB segment 17 contains five weighted in the present embodiment LSB converter cells 17a and seven redundant weighted LSB converter cells 17b but each having one of the significance of each bit to be converted different binary weighting in the range of 1 to 16.

Die LSB-Wandlerzellen 17a, 17b sind erfindungsgemäß in zwei gleich viel LSB-Wandlerzellen 17a, 17b enthaltende Zellengruppen 17c, 17d unterteilt, wobei in der ersten LSB-Zellengruppe 17c lediglich eine redundante LSB-Wandlerzelle 17b und die „normalen" Wandlerzellen 17a und in der zweiten LSB-Zellengruppe 17d ausschließlich redundante LSB-Wandlerzellen 17b vorgesehen sind.The LSB converter cells 17a . 17b are according to the invention in two equal amount LSB converter cells 17a . 17b containing cell groups 17c . 17d divided, wherein in the first LSB cell group 17c only a redundant LSB converter cell 17b and the "normal" converter cells 17a and in the second LSB cell group 17d exclusively redundant LSB converter cells 17b are provided.

Die Verwendung redundanter Wandlerzellen ist erforderlich, damit die Kalibrierung des D/A-Wandlers 10 online, d.h. während dessen Betrieb vorgenommen werden kann. Die Kalibrierung erfolgt bei der online-Kalibrierung quasi im Hintergrund des Betriebs des D/A-Wandlers 10, wobei während des Kalibriervorganges eine jeweilige redundante Wandlerzelle die Aufgabe der jeweils zu kalibrierenden Wandlerzelle übernimmt.The use of redundant converter cells is required to allow calibration of the D / A converter 10 online, ie during its operation can be made. Calibration takes place during the online calibration virtually in the background of the operation of the D / A converter 10 , wherein during the calibration process, a respective redundant converter cell takes over the task of each converter cell to be calibrated.

Referenzzelle 18:reference cell 18 :

Innerhalb der D/A-Zellenanordnung 14 ist ferner ein Referenzzelle 18 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Referenzzelle 18 bezogen auf die MSB-Wandlerzellen 15a, 15b des MSB-Segments 15 gewichtet, kann jedoch auch – wenngleich dies sehr viel aufwändiger und weniger vorteilhaft ist – als Referenzzelle 18 eines der übrigen Segmente 16, 17 ausgebildet sein. Mittels der MSB-Referenzzelle 18 ist es möglich, wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird, eine Kalibrierung sämtlicher Segmente 1517 vorzunehmen.Within the D / A cell array 14 is also a reference cell 18 intended. In the present embodiment, the reference cell 18 based on the MSB converter cells 15a . 15b of the MSB segment 15 weighted, but also - although this is much more complex and less advantageous - as a reference cell 18 one of the remaining segments 16 . 17 be educated. Using the MSB reference cell 18 It is possible, as will be described in detail below, a calibration of all segments 15 - 17 make.

5 zeigt ein einfaches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, wie sie vorzugsweise innerhalb der jeweili gen Wandlerzellen 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b verwendbar ist. 5 shows a simple circuit diagram of a single cell according to the invention, as preferably within the respec converter cells 15a . 15b . 16a . 16b . 17a . 17b is usable.

Für die nachfolgend noch erläuterte, erfindungsgemäße Kalibrierung wird für alle Wandlerzellen der D/A-Zellenanordnung 14 ein zusätzlicher Betriebsmodus bereitgestellt, bei dem die jeweilige Wandlerzelle und damit auch sämtliche darin enthaltene Einzelzellen inaktiv geschaltet sind. Dieser zusätzliche Betriebsmodus wird nachfolgend als Dumpingmodus bezeichnet. Im Dumpingbetrieb ist eine Einzelzelle von dem Ausgangsanschluss entkoppelt, d.h. sie ist weder mit dem Signalausgang 12 noch mit einem Kalibrierungsausgang verbunden. Vielmehr ist hier der Ausgang der jeweiligen Einzelzelle mit dem Bezugspotential GND oder einer sonstigen Referenz verbunden.For the calibration, which is explained below, according to the invention, the D / A cell arrangement is used for all converter cells 14 provided an additional operating mode in which the respective converter cell and thus also all the individual cells contained therein are inactive. This additional mode of operation is hereinafter referred to as dumping mode. In the dumping mode, a single cell is decoupled from the output terminal, ie it is not connected to the signal output 12 still connected to a calibration output. Rather, here the output of the respective single cell is connected to the reference potential GND or other reference.

In 5 ist eine lediglich beispielhafte erfindungsgemäße D/A-Einzelzelle mit Bezugszeichen 20 bezeichnet. Die D/A-Einzelzelle 20 enthält eine Stromquelle 21, die mit einem Versorgungspotential VBB, beispielsweise einem Batteriepotential VBB, verbunden ist. Die D/A-Einzelzelle 20 ist dazu ausgelegt, drei verschiedene Betriebsmodi, einen Normalbetrieb, einen Kalibrierungsbetrieb und einen Dumpingbetrieb zu unterstützen. Zu diesem Zwecke weist die D/A-Einzelzelle 20 drei Steuereingänge 22, 23, 24, in die entsprechende Steuersignale Dt, Cal, Dump einkoppelbar sind, zur Festlegung des jeweiligen Betriebsmodus auf. Dabei ist über das Steuersignal Dt am Eingang 22 der Normalbetrieb, über das Steuersignal Cal am Eingang 23 der Kalibrierbetrieb und über das Steuersignal am Eingang 24 der Dumpingbetrieb einstellbar.In 5 is a merely exemplary inventive D / A single cell with reference numerals 20 designated. The D / A single cell 20 contains a power source 21 which is connected to a supply potential VBB, for example a battery potential VBB. The D / A single cell 20 is designed to support three different modes of operation, normal operation, calibration operation and dumping operation. For this purpose, the D / A single cell 20 has three control inputs 22 . 23 . 24 , in the corresponding control signals Dt, Cal, Dump can be coupled to determine the respective operating mode on. It is on the control signal Dt at the entrance 22 the normal mode, via the control signal Cal at the input 23 the calibration mode and the control signal at the input 24 the dumping operation adjustable.

Ferner weist die D/A-Einzelzelle 20 drei durch die jeweiligen Steuersignale Dt, Cal, Dump steuerbare Schaltvorrichtungen 25, 26, 27 auf. Lediglich eine Schaltvorrichtung 2527 ist dabei aktiviert, d.h. die Stromquelle 21 versorgt ledig lich eine dieser Schaltvorrichtungen 2527 mit dem Strom IC.Furthermore, the D / A single cell 20 three by the respective control signals Dt, Cal, Dump controllable switching devices 25 . 26 . 27 on. Only a switching device 25 - 27 is activated, ie the current source 21 only supplies one of these switching devices 25 - 27 with the current IC.

Die jeweiligen Schaltvorrichtungen 25 weisen steuerbare Schalter auf. Im Falle des Normalbetriebes sind die steuerbaren Schalter 34, 35 mit analogen komplementären Signalausgängen 28, 29 der D/A-Einzelzelle 20 verbunden, über die somit ein von der Stromquelle 21 erzeugter Strom IC abgreifbar ist. Im Falle der Schaltvorrichtung 26 zur Einstellung eines Kalibrierungsmodus lässt sich über den jeweiligen Kalibrierausgang 30 ein Ausgangsstrom zur Kalibrierung bereitstellen. Die Schaltvorrichtung 27, die über den Eingang 24 zur Einstellung eines Dumpingbetriebes steuerbar ist, weist hier keinen Ausgang auf und ist statt dessen mit einem Bezugspotential GND beaufschlagt.The respective switching devices 25 have controllable switches. In the case of normal operation, the controllable switches 34 . 35 with analogue complementary signal outputs 28 . 29 the D / A single cell 20 connected via the thus one from the power source 21 generated current IC can be tapped. In the case of the switching device 26 To set a calibration mode, use the appropriate calibration output 30 provide an output current for calibration. The switching device 27 that go over the entrance 24 is set to adjust a dumping operation, here has no output and is instead acted upon by a reference potential GND.

Die D/A-Wandlerzelle 20 weist zur Ansteuerung der Schaltvorrichtung 25 ferner einen Dateneingang 31 sowie einen Takteingang 32 auf, wobei in den Dateneingang 31 ein binäres Datensignal Din und in den Takteingang 32 ein Taktsignal Clk einkoppelbar ist. Zwischen den Eingängen 22, 31, 32 und der Schaltvorrichtung 25 ist eine Schaltlogik 33 vorgesehen, die in Abhängigkeit des Taktsignals Clk und des Datensignals Din die jeweiligen steuerbaren Schalter 34, 35 der Schaltvorrichtung 25 auf und zu steuern. Dies kann beispielsweise auf sehr einfache Weise durch ein den Eingängen 31, 32 nachgeschaltetes und mit dem Takt des Taktsignals Clk getaktetes Flipflop 36 erfolgen. Dem Flipflop 36 sind ein Inverter 37 und zwei UND-Gatter 38, 39 nachgeschaltet, die somit die logische Verknüpfung des Eingangssignals Din und des Steuersignals Dt zur Ansteuerung der steuerbaren Schalter 34, 35 vornehmen. Im Betriebsmodus wird gesteuert durch das Taktsignal Clk, sukzessive ein jeweiliges Bit durch das Flipflop 36 durchgeschoben. Abhängig von der Wertigkeit dieses Bits wird unter Verwendung des nachgeschalteten Inverters 37 und der UND-Gatter 38, 39 einer der steuerbaren Schalter 34, 35 geschlossen, über den somit dem entsprechenden Ausgang 28 bzw. 29 der Strom IC zugeführt wird.The D / A converter cell 20 has to control the switching device 25 Furthermore, a data input 31 as well as a clock input 32 on, being in the data input 31 a binary data signal Din and into the clock input 32 a clock signal Clk can be coupled. Between the entrances 22 . 31 . 32 and the switching device 25 is a switching logic 33 provided in dependence of the clock signal Clk and the data signal Din, the respective controllable switch 34 . 35 the switching device 25 on and to control. This can be done, for example, in a very simple way by the inputs 31 . 32 downstream and clocked with the clock of the clock signal Clk flip-flop 36 respectively. The flip-flop 36 are an inverter 37 and two AND gates 38 . 39 downstream, thus the logical combination of the input signal Din and the control signal Dt for driving the controllable switch 34 . 35 make. In the operating mode, a respective bit is successively controlled by the clock signal Clk, successively through the flip-flop 36 pushed through. Depending on the significance of this bit is using the downstream inverter 37 and the AND gate 38 . 39 one of the controllable switches 34 . 35 closed, over the thus the corresponding output 28 respectively. 29 the current IC is supplied.

Im Kalibrierbetrieb sind die Schalter 34, 35 der Schaltvorrichtung 25, 27 geöffnet, dass heißt in dem Kalibrierbetrieb wird der Strom IC lediglich dem Kalibrierausgang 30 zugeführt.In calibration mode, the switches 34 . 35 the switching device 25 . 27 opened, that is, in the calibration mode, the current IC is only the calibration output 30 fed.

Zum Kalibrieren sämtlicher Wandlerzellen einschließlich der redundanten Wandlerzelle sind insgesamt 132 Kalibrierzyklen Z1–Z132 erforderlich, von denen in der 6 lediglich einige dargestellt sind. Die Kalibrierzyklen Z1–Z132 definieren dabei eine Kalibrierschleife 46. Beim Kalibrieren wird nacheinander jeweils eine Wandlerzelle abgekoppelt. Die jeweils zu kalibrierende Wandlerzelle trägt im Kalibrierungsmodus nicht mehr der Erzeugung des analogen Ausgangssignals bei. Die Funktion der jeweils abgekoppelten, zu kalibrierenden Wandlerzelle übernimmt dann eine oder mehrere redundante Wandlerzelle(n). Die Kalibrierung und insbesondere die Abfolge der einzelnen Kalibrierzyklen Z1–Z132 wird von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung gesteuert.For calibration of all converter cells, including the redundant converter cell, a total of 132 calibration cycles Z1-Z132 are required, of which in the 6 only a few are shown. The calibration cycles Z1-Z132 define a calibration loop 46 , During calibration, one converter cell is disconnected one after the other. The respectively to be calibrated converter cell no longer contributes in the calibration mode of the generation of the analog output signal. The function of the respective decoupled, to be calibrated converter cell then takes over one or more redundant converter cell (s). The calibration and in particular the sequence of the individual calibration cycles Z1-Z132 is controlled by a control device (not shown).

Die jeweilige zu kalibrierende Wandlerzelle(n) bzw. deren Wert(e) wird/werden im Kalibrierungsmodus mit dem Wert der Referenzzelle verglichen. Dabei stellt die Differenz zwischen den Werten der zu kalibrierenden Wandlerzelle und der Referenzzelle den Fehler der zu kalibrierenden Wandlerzelle dar, der in einem eigens dafür vorgesehenen Speicher gespeichert wird. Dieser gespeicherte Wert wird für die Korrektur des Wertes der zu kalibrierenden Wandlerzelle verwendet, um eine steuerbare Stromquelle (siehe 5), beispielsweise ein oder mehrere schaltbare Transistoren, entsprechende dem gespeicherten Wert anzusteuern. Die Stromquelle dient dazu, die zu kalibrierende Wandlerzelle mit einem dem gespeicherten Wert entsprechenden Kalibrierstrom zu beaufschlagen und damit auf den Wert der Referenzzelle zu kalibrieren.The respective transducer cell (s) to be calibrated or their value (s) is / are compared in the calibration mode with the value of the reference cell. In this case, the difference between the values of the transducer cell to be calibrated and the reference cell represents the error of the converter cell to be calibrated, which is stored in a dedicated memory. This stored value is used to correct the value of the converter cell to be calibrated to provide a controllable current source (see US Pat 5 ), for example one or more switchable transistors, corresponding to the stored value. The current source serves to load the transducer cell to be calibrated with a calibration current corresponding to the stored value and thus to calibrate it to the value of the reference cell.

Allerdings ist der jeweilige Wert einer D/A-Wandlerzelle innerhalb einer D/A-Zellenanordnung typischerweise über einen längeren Zeitraum statisch nicht stabil, sondern weicht mit zunehmender Zeit von dem idealen, beispielsweise korrigierten Wert ab. Ursache dafür sind parasitäre Effekte, die beispielsweise durch Abweichungen der Temperatur, Schwankungen der Versorgungsspannung, Technologieschwankungen bei der Herstellung und dergleichen hervorgerufen werden können. Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, ein Kalibrierverfahren bereit zustellen, bei dem sämtliche D/A-Wandlerzellen der D/A-Zellenanordnung nacheinander kalibriert werden und bei dem, nachdem die letzte D/A-Wandlerzelle kalibriert wurde und die Kalibrierschleife 46 durchlaufen wurde, wieder mit der Kalibrierung der ersten D/A-Wandlerzelle der D/A-Zellenanordnung begonnen wird.However, the particular value of a D / A converter cell within a D / A cell array is typically not statically stable over an extended period of time, but deviates from the ideal, eg, corrected, value with increasing time. This is due to parasitic effects, which can be caused for example by deviations of the temperature, fluctuations in the supply voltage, technology fluctuations in the production and the like. For these reasons, it is advantageous to provide a calibration method in which all of the D / A converter cells of the D / A cell array are sequentially calibrated and in which after the last D / A converter cell has been calibrated and the calibration loop 46 Once again, calibration of the first D / A converter cell of the D / A cell array is started.

Nachfolgend sei das erfindungsgemäße Kalibrierungsprinzip anhand von 6 erläutert. In der 6 ist mit dem jeweiligen Pfeil dargestellt, welche Wandlerzellen innerhalb der D/A-Wandleranordnung in dem jeweiligen Zyklus kalibriert werden. Die im normalen Betriebsmodus betrieben Wandlerzellen sind weiß, die im Kalibrierbetrieb betriebenen Wandlerzellen sind hellgrau und die im Dumpingbetrieb betriebenen Wandlerzellen sind dunkelgrau dargestellt.In the following, the inventive calibration principle is based on 6 explained. In the 6 is shown with the respective arrow, which converter cells are calibrated within the D / A converter assembly in the respective cycle. The converter cells operated in the normal operating mode are white, the converter cells operated in the calibration mode are light gray and the converter cells operated in the dumping mode are shown in dark gray.

Zyklus 1 bis 64 (40):Cycle 1 to 64 (40):

Hier werden die Wandlerzellen 1 bis 64 des MSB-Segments 15 nacheinander kalibriert. Dabei werden die Wandlerzellen der jeweils ersten Gruppen 16c, 17c des ISB-Segments bzw. LSB-Segments 16, 17 im normalen Betriebsmodus verwendet, während die jeweiligen zweiten Zellgruppen 16d, 17d dieser beiden Segmente 16, 17 im Dumpingbetrieb betrieben werden.Here, the converter cells 1 to 64 of the MSB segment 15 calibrated one after the other. In this case, the converter cells of the respective first groups 16c . 17c of the ISB segment or LSB segment 16 . 17 used in normal operating mode, while the respective second cell groups 16d . 17d of these two segments 16 . 17 be operated in the dumping operation.

Zyklus 65 (41):Cycle 65 (41):

Im Zyklus 65 werden die Wandlerzellen der zweiten ISB-Zellgruppe 16d (4 × 32 = 128) kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle, also die redundante MSB-Wandlerzelle, wird in den Dumpingbetrieb geschaltet. Die ersten Zellgruppen 16c, 17c der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im normalen Betriebsmodus betrieben, während die Wandlerzellen der zweiten LSB-Zellgruppe 17d nach wie vor im Dumpingbetrieb betrieben werden.In cycle 65, the converter cells of the second ISB cell group 16d (4 × 32 = 128) calibrated. The 64th MSB converter cell, ie the redundant MSB converter cell, is switched to dumping mode. The first cell groups 16c . 17c the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in the normal operating mode, while the converter cells of the second LSB cell group 17d continue to operate in the dumping business.

Zyklus 66 (42):Cycle 66 (42):

Im Zyklus 66 werden die Wandlerzellen der zweiten LSB-Zellgruppe 17d (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) zusammen mit drei im 65-zigsten Zyklus (41) gerade kalibrierten Wandlerzellen der zweiten ISB-Zellgruppe 16d (3 × 32 = 96) kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) ist nach wie vor im Dumpingbetrieb. Die ersten Zellgruppen 16c, 17c der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im Normalbetrieb betrieben, während die vierte, ebenfalls bereits kalibrierte Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) der zweiten ISB-Zellgruppe 16d in den Dumpingbetrieb geschaltet wird.In cycle 66, the converter cells of the second LSB cell group 17d (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) along with three in the 65th cycle (41) just calibrated transducer cells of the second ISB cell group 16d (3 x 32 = 96). The 64th MSB converter cell (redundant converter cell) is still in dumping mode. The first cell groups 16c . 17c the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the fourth, also already calibrated converter cell (redundant converter cell) of the second ISB cell group 16d is switched to the dumping operation.

Zyklus 67 bis 130 (43):Cycle 67 to 130 (43):

Vom Zyklus 67 bis 130 an werden die Wandlerzellen 1 bis 64 des MSB-Segmentes 15 nacheinander kalibriert. Die gerade kalibrierten Wandlerzellen der jeweils zweiten Zellgruppen 16d, 17d der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im normalen Betrieb betrieben, während die Wandlerzellen der jeweils ersten Zellgruppen 16c, 17c dieser Segmente 16, 17 nun im Dumpingbetrieb betrieben werden.From cycle 67 to 130, the converter cells 1 to 64 of the MSB segment become 15 calibrated one after the other. The just calibrated converter cells of each second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the converter cells of each first cell groups 16c . 17c these segments 16 . 17 now be operated in the dumping operation.

Zyklus 131 (45):Cycle 131 (45):

Im Zyklus 131 (44) werden die Wandlerzellen der ersten ISB-Zellgruppe 16c (4 × 32 = 128) kalibriert. Die 64-zigste MSB-Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) wird in den Dumpingbetrieb geschaltet. Die Wandlerzellen der jeweils zweiten Zellgruppen 16d, 17d der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im Betriebsmodus betrieben, während die Wandlerzellen der ersten LSB-Zellgruppe 17c nach wie vor im Dumpingbetrieb betrieben wird.In cycle 131 (44), the converter cells of the first ISB cell group 16c (4 × 32 = 128) calibrated. The 64th MSB converter cell (redundant converter cell) is switched to dumping mode. The converter cells of the respective second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in the operating mode while the converter cells of the first LSB cell group 17c continues to operate in the dumping business.

Zyklus 132 (45):Cycle 132 (45):

Im Zyklus 132 (45) werden die Wandlerzellen der ersten LSB-Zellgruppe 17c (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) zusammen mit drei bereits kalibrierten Wandlerzellen der ersten ISB-Zellgruppe 16c (3 × 32 = 96) kalibriert. Die 64-zigste Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) des MSB-Segmentes 15 wird nach wie vor im Dumpingbetrieb betrieben. Die Wandlerzellen der jeweils zweiten Zellgruppen 16d, 17d der ISB- und LSB-Segmente 16, 17 werden im normalen Betrieb betrieben, während die vierte Wandlerzelle (redundante Wandlerzelle) der ersten ISB-Zellgruppe 16c in den Dumpingbetrieb geschaltet wird.In cycle 132 (45), the converter cells of the first LSB cell group 17c (1 + 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 32) together with three already calibrated transducer cells of the first ISB cell group 16c (3 x 32 = 96). The 64th-largest converter cell (redundant converter cell) of the MSB segment 15 is still operating in the dumping business. The converter cells of the respective second cell groups 16d . 17d the ISB and LSB segments 16 . 17 are operated in normal operation, while the fourth converter cell (redundant converter cell) of the first ISB cell group 16c is switched to the dumping operation.

Innerhalb einer Kalibrierschleife 46 werden dabei die alle Wandlerzellen des höchstwertigen MSB-Segmentes jeweils doppelt kalibriert, wohingegen die Wandlerzellen der niedriger wertigen ISB- und LSB-Wandlerzellen jeweils nur einmal kalibriert werden. Dies stellt eine aus sehr vorteilhafte Implementierung dar, die insbesondere hinsichtlich der Codierung und der Ansteuerung der einzelnen Wandlersegmente sehr elegant ist. Jedoch wäre es selbstverständlich auch denkbar und insbesondere sehr vorteilhaft, wenn innerhalb einer Kalibrierschleife 46 alle Wandlerzellen jeweils nur einmal oder auch mehrfach kalibriert werden.Within a calibration loop 46 In this case, all the converter cells of the most significant MSB segment are each calibrated twice, whereas the converter cells of the lower-order ISB and LSB converter cells are each calibrated only once. This represents a very advantageous implementation, which is very elegant, in particular with regard to the coding and the control of the individual converter segments. However, it would of course also be conceivable and in particular very advantageous if, within a calibration loop 46 All converter cells are calibrated only once or even several times.

In einer weiteren Ausgestaltung wäre ebenfalls denkbar, wenn in den niedriger wertigen ISB- und LSB-Wandlerzellen deren Wandlerzellen nicht Gruppenweise, sondern vielmehr auch einzeln kalibriert werden, wie dies beispielsweise auch bei den Wandlerzellen des MSB-Segmentes gemacht wird, wenngleich dies einen schaltungs- und steuertechnisch sehr aufwändige Implementierung darstellt. In gleicher Weise können aber auch die Wandlerzellen des MSB-Segmentes gruppenweise kalibriert werden.In another embodiment would be also feasible if in the lower-valued ISB and LSB converter cells their converter cells not in groups, but rather individually calibrated, as for example in the converter cells of the MSB segment, although this is a switching and tax technically very complex Implementation represents. In the same way but also the converter cells of the MSB segments are calibrated in groups.

Nach dem letzten Kalibrierzyklus, also nach dem Kalibrierzyklus 132, ist diese Kalibrierschleife 46 beendet, das heißt, sämtliche Wandlerzellen der Segmente 15, 16, 17 des D/A-Wandlers sind kalibriert worden.After the last calibration cycle, ie after the calibration cycle 132, this calibration loop is 46 terminated, that is, all the converter cells of the segments 15 . 16 . 17 of the D / A converter have been calibrated.

Allerdings geht der durch die Kalibrierung gewonnene Kalibrierwert, mittels dem die entsprechenden Wandlerzellen kalibriert werden, typischerweise auf Grund von parasitären Effekten wieder verloren, sodass es vorteilhaft ist, ständig eine neue Kalibrierung vorzunehmen, um dadurch den jeweiligen Kalibrierwert immer wieder neu aufzufrischen. Aus diesen Gründen wird eine dynamische Kalibrierung vorgenommen. Bei der dynamischen Kalibrierung beschreibt der oben beschriebene Kalibrierprozess eine fortwährende Kalibrierschleife 46, dass heißt bei Beendigung des Kalibrierprozesses und damit bei Kalibrierung aller Wandlerzellen fängt diese Kalibrierung wieder von neuem an, so dass die neue Kalibrierschleife 46 wieder mit dem Kalibrierzyklus Z1 beginnt. Denkbar wäre allerdings auch, dass mit der neuen Kalibrierschleife 46 nicht unmittelbar nach Beendigung der jeweils vorausgegangenen Kalibrierschleife begonnen wird, sondern dass diese zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeit oder einem vorgegebenen Ereignis, erneut startet.However, the calibration value obtained by the calibration, by means of which the corresponding converter cells are calibrated, is typically lost again due to parasitic effects, so that it is advantageous to constantly perform a new calibration in order to constantly refresh the respective calibration value. For these reasons, a dynamic calibration is performed. For dynamic calibration, the calibration process described above describes a continuous calibration loop 46 That is, at the end of the calibration process and thus in calibration of all converter cells, this calibration starts again, so that the new calibration loop 46 starts again with the calibration cycle Z1. It would also be conceivable, however, that with the new calibration loop 46 is not started immediately after the completion of each previous calibration loop, but that it restarts at a later date, for example, after a predetermined time or a predetermined event.

An dieser Stelle sei auch anzumerken, dass der erfindungsgemäße Kalibriervorgang nicht notwendigerweise an die anhand der 6 beschriebenen Reihenfolge innerhalb einer jeweiligen Kalibrierschleife gebunden ist, sondern diese Reihenfolge selbstverständlich innerhalb einer entsprechenden Kalibrierschleife 46 beliebig variiert werden kann.It should also be noted at this point that the calibration process according to the invention does not necessarily follow that of FIG 6 This sequence is, of course, within a corresponding calibration loop 46 can be varied as desired.

Um eine möglichst effiziente Kalibrierung zu erreichen, sollten insbesondere die Wandlerzellen des ISB- und LSB-Segmentes 16, 17 möglichst in einer vorbestimmten Reihe angesteuert werden, um dadurch eine vorbestimmte Reihenfolge der Betriebsmodi einzustellen. Dabei sollten diese Wandler zellen möglichst in der folgenden Reihenfolge betrieben werden:

  • 1. Kalibriermodus
  • 2. Normalbetrieb
  • 3. Dumpingbetrieb
In order to achieve the most efficient calibration, in particular the converter cells of the ISB and LSB segment should 16 . 17 possibly in a predetermined row, thereby setting a predetermined order of the operation modes. These transducer cells should be operated as possible in the following order:
  • 1st calibration mode
  • 2. Normal operation
  • 3. Dumping operation

Das bedeutet, dass die jeweilige Wandlerzellen des ISB- und LSB-Segmentes 16, 17 möglichst unmittelbar nachdem sie kalibriert wurden in den normalen Betriebsmodus zur D/A-Wandlung geschaltet werden sollten und nicht nach dem Dumping-Modus. Sollten die Wandlerzellen erst nach dem Dumping-Modus in den normalen Betriebsmodus geschaltet werden, könnte dieser normale Betriebsmodus bereits durch einen Speicherverlust, wie er eingangs beschrieben wurde, betroffen sein, so dass hier die entsprechenden Wandlerzellen nicht mehr in kalibrierter Form vorliegen, was letztlich zu einer unerwünschten Verzerrung führen kann.This means that the respective converter cells of the ISB and LSB segment 16 . 17 as soon as they are calibrated should be switched to the normal D / A conversion mode of operation and not after the dumping mode. If the converter cells are switched to the normal operating mode only after the dumping mode, this normal operating mode could already be affected by a memory leak as described above, so that here the corresponding converter cells are no longer in calibrated form, which can ultimately lead to undesirable distortion.

Der oben anhand von 6 beschriebene Kalibrierprozess stellt eine bevorzugte Implementierung dar, bei dem sämtliche Wandlerzellen aller Segmente 15, 16, 17 durch den Kalibrierprozess kalibriert werden. Dies ist allerdings nicht notwendigerweise erforderlich. Vielmehr wäre auch denkbar, einzelne Wandlerzellen, insbesondere diejenigen Wandlerzellen der niedrigstwertigen Segmente, nicht zu kalibrieren. Denkbar wäre also im konkreten Fall, dass lediglich die Wandlerzellen der (beiden) höchstwertigen MSB- und ISB-Segmente 15, 16 kalibriert werden, nicht jedoch die Wandlerzellen des (oder der) niedrigstwertigen LSB-Segmentes 17. Denkbar wäre ferner, wenngleich dies weniger sinnvoll ist, dass lediglich die Wandlerzellen des oder der niedrigerwertigen Segmente, nicht jedoch des oder der höchstwertigen Segmente kalibriert werden.The above based on 6 described calibration process is a preferred implementation in which all the converter cells of all segments 15 . 16 . 17 be calibrated by the calibration process. However, this is not necessarily required. Rather, it would also be conceivable not to calibrate individual converter cells, in particular those converter cells of the least significant segments. It would thus be conceivable in the specific case that only the converter cells of the (two) most significant MSB and ISB segments 15 . 16 but not the converter cells of the LSB least significant segment (s) 17 , It would also be conceivable, although this makes less sense, that only the converter cells of the one or more lower-order segments, but not the one or more highest-order segments, are calibrated.

Ein derartiges Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Kalibrierung lediglich für die Wandlerzellen des MSB- und ISB-Segmentes vorgenommen wird, ist in dem Blockschaltbild in 7 dargestellt. Dort werden lediglich die MSB- und ISB-Wandlerzellen, nicht jedoch die LSB-Wandlerzellen kalibriert, dass heißt die Schritte 42 und 45 entfallen hier. Dies hat zum Einen den Vorteil, dass man sich die Kalibrierzyklen 42, 45 zum Kalibrieren der LSB-Wandlerzellen einspart, im vorliegenden Fall also zwei Kalibrierzyklen. Zum Anderen wird dadurch das Durchlaufen der Kalibrierschleife und somit die erfindungsgemäße Kalibrierung mehr oder weniger schneller. Außerdem wird der gesamte schaltungstechnische Aufwand zum Kalibrieren etwas reduziert. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel stellt somit einen Kompromiss zwischen optimaler Kalibrierung und damit einhergehender optimaler Eigenschaften des D/A-Wandlers (hinsichtlich Linearität und SFDR) einerseits und andererseits hinsichtlich des dafür erforderlichen schaltungstechnischen Aufwandes dar.Such an embodiment, in which the calibration according to the invention is performed only for the converter cells of the MSB and ISB segment, is shown in the block diagram in FIG 7 shown. There, only the MSB and ISB converter cells, but not the LSB converter cells are calibrated, that is, the steps 42 and 45 omitted here. On the one hand, this has the advantage of taking care of the calibration cycles 42 . 45 to calibrate the LSB converter cells saves, in this case, two calibration cycles. On the other hand, this makes the passage through the calibration loop and thus the calibration according to the invention more or less faster. In addition, the entire circuit complexity for calibration is slightly reduced. This preferred embodiment thus represents a compromise between optimum calibration and the associated optimal properties of the D / A converter (in terms of linearity and SFDR) on the one hand and on the other hand in terms of the required circuit complexity.

Dem Vernachlässigen der Kalibrierung der Wandlerzellen niedrigerwertiger Segmente, wie beispielsweise des LSB-Segmentes 17, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eben diese Wandlerzellen bzw. die entsprechenden Segmente einen im Vergleich zu den Wandlerzellen höherwertiger Segmente, wie zum Beispiel des MSB- und ISB-Segmentes 15, 16, deutlich geringeren Einfluss auf die Verzerrungen im Ausgangsspektrum und damit auf den SFDR und die Linearität des D/A-Wandlers haben. Das Kalibrieren dieser niedrigerwertigen Wandlerzellen kann somit eher vernachlässigt werden, ohne dass dies signifikant schlechtere Eigenschaften des D/A-Wandlers zur Folge hätte.Neglecting the calibration of the converter cells of lower order segments, such as the LSB segment 17 , is based on the knowledge that just these converter cells or the corresponding segments in comparison to the converter cells of higher-value segments, such as the MSB and ISB segment 15 . 16 , have significantly less influence on the distortion in the output spectrum and thus on the SFDR and the linearity of the D / A converter. Calibrating these lower order transducer cells may thus be more likely to be neglected without significantly degrading the characteristics of the D / A converter.

Wie bereits oben anhand der 6 und 7 beschrieben wurde, sind für die niedrigerwertigen Segmente eine mehr oder weniger große Anzahl an redundanten Wandlerzellen erforderlich. Deren Anzahl sowie deren Aufteilung innerhalb eines jeweiligen Segmentes hängt dabei im Wesentlichen von der Anzahl der verwendeten Segmente sowie der Anzahl der darin enthaltenen Wandlerzellen ab. Anhand des Blockschaltbildes in 8 wird nachfolgend das Prinzip zur Bestimmung der Anzahl und der Unterteilung der für die jeweilige Kalibriervorrichtung erforderlichen redundanten Wandlerzellen erläutert.As already above on the basis of 6 and 7 has been described, a more or less large number of redundant converter cells are required for the lower-level segments. Their number and their division within a respective segment depends essentially on the number of segments used and the number of converter cells contained therein. Based on the block diagram in 8th the principle for determining the number and the subdivision of the redundant converter cells required for the respective calibration device is explained below.

Es sei angenommen, dass der D/A-Wandler eine segmentierte D/A-Zellenanordnung mit einer Anzahl N parallel angeordneter Segmente 5052 aufweist. Jedes Segment 5052 weist zunächst einen Wandlerblock 50a52a sowie eine einzelne redundante Wandlerzelle 50b52b (U1 bis UN) auf. Ein jeweiliger Wandlerblock 50a52a enthält dabei eine Vielzahl von Wandlerzellen 50a52a. Die in den Wandlerblöcken 50a52a enthaltenen Wandlerzellen entsprechen zum Beispiel den Wandlerzellen 15a, 16a, 17a aus 4. Die Anzahl der Wandlerzellen in den jeweiligen Wandlerblöcken 50a52a ist fest vorgegeben und soll nicht verändert werden. Typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, nimmt die Gewichtung der Wandlerzellen 50a52a von dem höchstwertigen Segment 50 hin zu dem niedrigstwerten Segment 52 ab.Assume that the D / A converter is a segmented D / A cell array having a number N of segments arranged in parallel 50 - 52 having. Every segment 50 - 52 initially has a converter block 50a - 52a and a single redundant converter cell 50b - 52b (U1 to UN). A respective converter block 50a - 52a contains a variety of converter cells 50a - 52a , The in the converter blocks 50a - 52a contained converter cells correspond, for example, the converter cells 15a . 16a . 17a out 4 , The number of converter cells in the respective converter blocks 50a - 52a is fixed and should not be changed. Typically, though not necessarily, the weighting of the converter cells decreases 50a - 52a from the most significant segment 50 towards the lowest segment 52 from.

Es sei angenommen, dass das höchstwertige Segment 50 eine Anzahl M1 an Wandlerzellen 50a, das zweithöchstwertige Segment 51 eine Anzahl M2-Wandlerzellen 51a und das niedrigstwertige Segment 52 eine Anzahl MN-Wandlerzellen 52a aufweist. Es sei ferner angenommen, dass das höchstwertige Segment 50 Wandlerzellen 50a mit großer Gewichtung sowie eine einzelne redundante Wandlerzelle 50b mit derselben Gewichtung aufweist. Das Segment 51 weist demgegenüber Wandlerzellen 51a mit einer geringeren Gewichtung und das niedrigstwertige Segment 52 weist Wandlerzellen 52a mit der geringsten Gewichtung auf, wenngleich dies nicht notwendigerweise so vorgesehen werden muss.It is assumed that the most significant segment 50 a number M1 of converter cells 50a , the second-highest-end segment 51 a number of M2 converter cells 51a and the least significant segment 52 a number of MN converter cells 52a having. It is further assumed that the most significant segment 50 transducer cells 50a with high weight as well as a single redundant converter cell 50b having the same weighting. The segment 51 In contrast, has converter cells 51a with a lower weighting and the least significant segment 52 has converter cells 52a with the least weight, although this need not necessarily be so.

Die Kalibrierung der Wandlerzellen 50a des höchstwertigen Segment 50 erfolgt hier in an sich bekannter Weise, wie bereits eingangs anhand der 2 sowie anhand der 6 und 7 beschrieben wurde.The calibration of the converter cells 50a the highest-value segment 50 takes place here in a conventional manner, as already described at the outset of the 2 as well as on the basis of 6 and 7 has been described.

Dadurch dass nun auch die Wandlerzellen 51a, 52a der niedrigerwertigen Segmente 51, 52 kalibriert werden sollen, müssen dort zusätzliche redundante Wandlerzellen 51b, 52b bereitgestellt werden, da die in diesen Segmenten 51, 52 jeweils vorgesehene einzelne redundante Wandlerzelle 51b, 52b allein schon aufgrund deren geringerer Gewichtung für die Kalibrierung nicht ausreicht. Um eine Kalibrierung der Wandlerzellen der niedrigerwertigen Segmente 51, 52 vornehmen zu können, muss die Anzahl der in den niedrigerwertigen Segmenten erforderlichen redundanten Wandlerzellen entsprechend erhöht werden. Dazu bietet sich das nachfolgend anhand von 8 beschriebene Verfahren an:Because now also the converter cells 51a . 52a the lower-value segments 51 . 52 need to be calibrated, there must be additional redundant converter cells 51b . 52b be provided because in these segments 51 . 52 respectively provided individual redundant converter cell 51b . 52b just because of their lower weighting for the calibration is not enough. To calibrate the converter cells of the lower-order segments 51 . 52 To make, the number of required in the lower-level segments redundant converter cells must be increased accordingly. This can be found below on the basis of 8th described method to:

Schritte (1), (2):Steps (1), (2):

In einem ersten Schritt (1) wird durch Hinzufügen weiterer redundanter Wandlerzellen 51b, 52b ein neues Array 51c, 52c mit einer größeren Anzahl redundanter Wandlerzellen 51b, 52b gebildet. Die Anzahl der für das Array 51c, 52c erforderlichen redundanten Wandlerzellen 51b, 52b ist dabei abhängig von der jeweiligen Gewichtung der redundanten Wandlerzelle des vorherigen Segmentes (siehe Schritt (2)). Das heißt, die Gewichtung multipliziert mit der Anzahl der Wandlerzellen im Array 51c entspricht der Gewichtung der redundanten Wandlerzelle 50b (Schritt(2)).In a first step (1), adding further redundant converter cells 51b . 52b a new array 51c . 52c with a larger number of redundant converter cells 51b . 52b educated. The number of for the array 51c . 52c required redundant converter cells 51b . 52b is dependent on the respective weighting of the redundant converter cell of the previous segment (see step (2)). That is, the weight multiplied by the number of converter cells in the array 51c corresponds to the weighting of the redundant converter cell 50b (Step 2)).

In gleicher Weise entspricht das Produkt aus Gewichtung und Anzahl der Wandlerzellen im niedrigetwertigen (N) Array 52c der Gewichtung der jeweiligen redundanten Wandlerzelle des entsprechend nächsthöheren (N–1) Segmentes.Likewise, the product of weighting and number of transducer cells corresponds to the low-order (N) array 52c the weighting of the respective redundant converter cell of the corresponding next higher (N-1) segment.

Schritt (3):Step 3):

In einem weiteren Schritt (3) wird das sich daraus ergebende Array 51c, 52c verdoppelt, so dass man nun ein erstes Array 51d, 52d und ein zweites Array 51e, 52e je Segment 51, 52 erhält. Bei der Kalibrierung ist nun jeweils eines dieser Arrays 51d, 52d; 51e, 52e, beispielsweise das Array 51d, 52d, im Kalibriermodus, wohingegen das jeweils andere Array, beispielsweise das Array 51e, 52e, im normalen Betriebsmodus betrieben wird, und umgekehrt.In a further step (3), the resulting array 51c . 52c doubled, so now you have a first array 51d . 52d and a second array 51e . 52e per segment 51 . 52 receives. The calibration is now one of each of these arrays 51d . 52d ; 51e . 52e for example, the array 51d . 52d , in calibration mode, whereas the other array, for example, the array 51e . 52e , is operated in normal operating mode, and vice versa.

Erfindungsgemäß kann nun ein segmentierter D/A-Wandler mit einer Kalibriereinrichtung ausgestattet werden, um die Wandlerzellen von zumindest zwei und im Idealfall von allen Segmenten des D/A-Wandlers zu kalibrieren. Für diese Kalibriervorrichtung ist es lediglich erforderlich, für die weiteren Segmente, beispielsweise für die niedrigerwertigen Segmente, zusätzliche redundante Wandlerzellen bereitzustellen, wobei dies mittels des anhand in der 8 beschriebenen Funktionsablaufes erfolgen kann. Die Größe eines solchen Arrays 51c, 52c entspricht vorteilhafterweise der Größe einer einzelnen redundanten Wandlerzelle des jeweils übergeordneten Segmentes 5052.According to the invention, a segmented D / A converter can now be equipped with a calibration device in order to calibrate the converter cells of at least two and ideally of all segments of the D / A converter. For this calibration device, it is only necessary to provide additional redundant converter cells for the further segments, for example for the lower-value segments, this being done by means of the method described in US Pat 8th described functional sequence can be done. The size of such an array 51c . 52c advantageously corresponds to the size of a single redundant converter cell of each higher-level segment 50 - 52 ,

Eine jeweilige Wandlerzelle weist dabei, je nach deren Gewichtung, typischerweise eine Vielzahl von Einzelzellen, wie sie beispielsweise anhand der 5 beschrieben wurden, auf. Wenn in der vorliegenden Patentanmeldung also von der Größe einer Wandlerzelle bzw. einer redundanten Wandlerzelle oder eines entsprechenden Arrays gesprochen wird, ist dabei stets die Anzahl der diesen Wandlerzellen bzw. diesem Array zugeordneten Einzelzellen gemeint. Die Größe einer jeweiligen Wandlerzelle bzw. eines jeweiligen Arrays spiegelt sich dann auch in der entsprechenden Gewichtung dieser Wandlerzellen bzw. des entsprechenden Arrays wieder.A respective converter cell has, depending on their weighting, typically a plurality of individual cells, such as those based on the 5 were described on. If the size of a converter cell or a redundant converter cell or a corresponding array is used in the present patent application, the number of individual cells assigned to these converter cells or this array is always meant. The size of a respective converter cell or of a respective array is then also reflected in the corresponding weighting of these converter cells or of the corresponding array.

Dadurch dass nun in den niedrigerwertigen Segmenten 51, 52 die entsprechenden redundanten Wandlerzellen in zwei unterschiedlichen Array-Gruppen 51d, 52d; 51e, 52e unterteilt sind, sind für das Kalibrieren der entsprechenden Wandlerzellen dieser Segmente 51, 52 jeweils zwei zusätzlich Kalibrierzyklen (siehe auch 6, 7) erforderlich.That now in the lower-valued segments 51 . 52 the corresponding redundant converter cells in two different array groups 51d . 52d ; 51e . 52e are divided for calibrating the corresponding converter cells of these segments 51 . 52 two additional calibration cycles (see also 6 . 7 ) required.

Anhand der 9 sei nachfolgend das Prinzip des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus in sehr allgemeiner Form dargestellt.Based on 9 Let the principle of the calibration algorithm according to the invention be shown in very general form below.

Zur Kalibrierung der Wandlerzellen 50a des höchstwertigen Segmentes 50 wird eine klassische Kalibrierung unter Verwendung der redundanten Wandlerzelle 50b vorgenommen (1). Für die Kalibrierung sind hier eine der Anzahl M1 der Wandlerzellen 50a entsprechende Anzahl an Kalibrierzyklen, also M1-Kalibrierzyklen, erforderlich.For calibration of the converter cells 50a of the highest-value segment 50 becomes a classical calibration using the redundant converter cell 50b made (1). For the calibration here are one of the number M1 of the converter cells 50a corresponding number of calibration cycles, ie M1 calibration cycles required.

Zum Kalibrieren der Wandlerzellen des nächstniedrigeren Segmentes 51 sind neben den M1-Kalibrierzyklen zwei zusätzliche Kalibrierzyklen, also insgesamt (M1 + 2)-Kalibrierzyklen, erforderlich (2). Dabei werden die neu eingefügten Arrays 51d, 51e in jeweils einem der zusätzlichen Kalibrierzyklen kalibriert.For calibrating the converter cells of the next lower segment 51 In addition to the M1 calibration cycles, two additional calibration cycles are required, ie a total of (M1 + 2) calibration cycles (2). This will be the newly inserted arrays 51d . 51e each calibrated in one of the additional calibration cycles.

Für jedes zusätzliche Segment werden zwei weitere Kalibrierzyklen benötigt (3). Es sind zumindest also insgesamt (M1 + ((N–1)·2))-Kalibrierzyklen erforderlich, wobei mit N die Anzahl der Segmente bezeichnet ist und die Kalibrierung unter der Maßgabe erfolgt, dass innerhalb einer Kalibrierschleife jeweils nur Wandlerzelle kalibriert werden soll. In jedem dieser zusätzlichen Kalibrierzyklen werden die kompletten Arrays 52d, 52e zusammen mit den gerade vorher kalibrierten Segmenten bzw. der darin enthaltenen redundanten Wandlerzellen kalibriert.For each additional segment, two more calibration cycles are required (3). Thus, at least a total of (M1 + ((N-1) .2)) calibration cycles are required, where N is the number of segments and the calibration is performed with the proviso that only one transducer cell should be calibrated within a calibration loop. In each of these additional calibration cycles, the complete arrays 52d . 52e calibrated together with the just previously calibrated segments or the redundant converter cells contained therein.

Die generische Idee des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus ist in 8 lediglich schematisch angedeutet.The generic idea of the calibration algorithm according to the invention is in 8th indicated only schematically.

An dieser Stelle sei anzumerken, dass die erfindungsgemäße Kalibrierung bei jedem erwünschten Level, das heißt nach Beginn des höchstwertigen Segmentes 50 bei jedem der niedrigerwertigen Segmente 51, 52 abgebrochen werden kann. Beispielsweise könnte eine entsprechende Steuereinrichtung vor gesehen sein, die vorsieht, dass lediglich das höchstwertige Segment, zusätzlich eines oder mehrere niedrigerwertigen Segmente oder alle Segmente und damit die darin enthaltenen Wandlerzellen kalibriert werden.It should be noted at this point that the inventive calibration at each desired level, that is, after the start of the most significant segment 50 at each of the lower order segments 51 . 52 can be canceled. For example, a corresponding control device could be seen before, which provides that only the most significant segment, in addition one or more lower order segments or all segments and thus the transducer cells contained therein are calibrated.

10 zeigt das Ausgangsspektrum eines D/A-Wandlers, dessen Wandlerzellen anhand eines erfindungsgemäßen rekursiven Kalibrieralgorithmus, wie er anhand von 9 skizziert wurde, kalibriert wurden. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Kalibrieralgorithmus besteht in einer signifikanten Reduzierung der verbleibenden harmonischen Frequenzen, was insgesamt zu einer signifikanten Verbesserung des störungsfreien Dynamikbereiches SFDR führt. Dieser Sachverhalt ist in 10 dargestellt, bei dem eine quantitative Verbesserung des SFDR bei Verwendung des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens im Unterschied zu einem herkömmlichen Kalibrierverfahren (gestrichelte Frequenz-Balken) dargestellt wurde. 10 shows the output spectrum of a D / A converter whose converter cells based on a recursive calibration algorithm according to the invention, as it is based on 9 sketched, calibrated. The main advantage of the calibration algorithm according to the invention is a significant reduction of the remaining harmonic frequencies, which overall leads to a significant improvement of the interference-free dynamic range SFDR. This situation is in 10 in which a quantitative improvement of the SFDR when using the calibration method according to the invention in contrast to a conventional calibration method (dashed frequency bar) has been shown.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention above based on a preferred embodiment It is not limited to this, but in many ways and modifiable.

Es versteht sich von selbst, dass die Verwendung von drei Segmenten lediglich beispielhaft zu verstehen ist und die Erfindung jedenfalls nicht auf eben diese Aufteilung beschränken soll. Vielmehr könnte der segmentierte D/A-Wandler auch zwei oder mehr als drei Segmente aufweisen. Insbesondere ist aber die Verwendung von drei Segmenten bei einer Bitbreite von größer/gleich 11 von Vorteil. Bei einer Bitbreite bis 10 Bit wären hingegen eher 2 Segmente von Vorteil. Bei einer sehr großen, beispielsweise deutlich über 11 hinausgehenden Bitbreite des Eingangssignals könnten es von Vorteil sein, mehr als drei Segmente zu verwenden. Das Gleiche gilt für die Aufteilung der einzelnen Segmente selbst, also die Zuordnung der einzelnen Bits zu den jeweiligen Segmenten.It It goes without saying that the use of three segments merely by way of example and in any case the invention should not be limited to just this division. Rather, the segmented D / A converters also have two or more than three segments. In particular, however, the use of three segments in one Bit width of greater than / equal 11 of advantage. With a bit width of up to 10 bits, on the other hand, it would be more like 2 segments advantageous. In a very big, for example, significantly over Beyond 11 bit width of the input signal could it be beneficial to use more than three segments. The same goes for for the Distribution of the individual segments themselves, ie the assignment of the individual bits to the respective segments.

Die insbesondere anhand der 4 und 6 dargestellten Zahlenbeispiele seien lediglich beispielhaft zu verstehen und können selbstverständlich beliebig modifiziert werden.The particular using the 4 and 6 numerical examples shown are merely exemplary and can of course be modified as desired.

AA
Quantisierungsrauschenquantization
BB
D/A-WandlerD / A converter
CC
Wandlerzellentransducer cells
DD
redundante Wandlerzelleredundant converter cell
Ee
Kalibrierschleifecalibration loop
FF
MSB-SegmentMSB segment
GG
ISB-SegmentISB segment
HH
LSB-SegmentLSB segment
KK
Wandlerzellentransducer cells
LL
redundanten Wandlerzelleredundant converter cell
MM
Referenzzellereference cell
FinFin
Frequenz des Eingangssignalsfrequency of the input signal
2Fin,2Fin,
3Fin Harmonische des Eingangssignals3Fin Harmonics of the input signal
K1–ZK64K1-ZK64
Kalibrierzyklencalibration cycles
SFDRSFDR
störungsfreien Dynamikbereichtrouble-free dynamic range
Z1–Z132Z1-Z132
Kalibrierzyklen calibration cycles
1010
D/A-WandlerD / A converter
1111
digitaler Dateneingang, Eingangdigital Data input, input
1212
analoger Ausgangausgang, Ausganganalog Output output, output
1313
Bitdecoderbit decoder
1414
D/A-Zellenanordnung, StrommatrixD / A cell arrangement, power matrix
1515
MSB-SegmentMSB segment
15'15 '
dem MSB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitdecothe MSB segment associated areas of Bitdeco
dersDERS
15a15a
MSB-Wandlerzellen, EinheitszelleMSB converter cells unit cell
15b15b
redundante MSB-Wandlerzelleredundant MSB converter cell
1616
ISB-SegmentISB segment
16'16 '
dem ISB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitdecothe ISB segment assigned areas of Bitdeco
dersDERS
16a16a
ISB-Wandlerzelle, EinheitszelleISB converter cell unit cell
16b16b
redundante ISB-Wandlerzelleredundant ISB converter cell
16c16c
erste ISB-Zellgruppefirst ISB cell group
16d16d
zweite ISB-Zellgruppesecond ISB cell group
1717
LSB-SegmentLSB segment
17'17 '
dem LSB-Segment zugeordnete Bereiche des Bitsegthe Areas of the bitseg assigned to the LSB segment
mentesmentes
17a17a
LSB-WandlerzellenLSB converter cells
17b17b
redundante LSB-Wandlerzellenredundant LSB converter cells
17c17c
erste LSB-Zellgruppefirst LSB cell group
17d17d
zweite LSB-Zellgruppesecond LSB cell group
1818
(MSB)-Referenzzelle(MSB) -Referenzzelle
2020
D/A-EinheitszelleD / A unit cell
2121
Stromquellepower source
22–2422-24
Steuereingängecontrol inputs
25–2725-27
steuerbare Schaltvorrichtungen controllable switching devices
28, 2928 29
analoge Ausgängeanalog outputs
3030
Kalibrierausgangcalibration output
3131
Dateneingangdata input
3232
Takteingangclock input
3333
Schaltlogikswitching logic
34, 3534 35
steuerbare Schaltercontrollable switch
3636
Flipflopflop
3737
Inverterinverter
38, 3938 39
UND-GatterAND gate
40–4540-45
Kalibrierschrittecalibration steps
4646
Kalibrierschleifecalibration loop
50–5250-52
Segmentesegments
50a–52a50a-52a
Wandlerzellen innerhalb der Segmente, Wandlerzel transducer cells within the segments, converter cell
lenblöckelenblöcke
50b–52b50b-52b
redundante Wandlerzellenredundant transducer cells
51c, 52c51c, 52c
(Wandlerzellen-)Array(Wandlerzellen-) Array
51d, 52d51d, 52d
(erstes) Wandlerzellen-Array, erste Gruppe(First) Transducer cell array, first group
51e, 52e51e, 52e
(zweites) Wandlerzellen-Array, zweite Gruppe(Second) Transducer cell array, second group

Claims (12)

Segmentierter Digital-Analog-Wandler – mit einer in zumindest zwei Segmenten unterteilten Zellenanordnung mit jeweils einer Vielzahl von Wandlerzellen und redundanter Wandlerzellen, wobei in einem ersten Segment erste gewichtete Wandlerzellen und zumindest eine erste gewichtete redundante Wandlerzelle vorgesehen sind, – wobei in zumindest einem zweiten, dem ersten Segment untergeordneten Segment jeweils zweite gewichtete Wandlerzellen und eine Vielzahl zweiter gewichteter redundanter Wandlerzellen vorgesehen sind, – wobei die Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen innerhalb eines Segmentes dieselbe Gewichtung aufweisen, mit einer Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung enthaltend eine einzelne Referenzzelle zum Kalibrieren der Wandlerzellen zumindest zweier Segmente des Digital-Analog-Wandlers.Segmented digital-to-analog converter - with a in at least two segments subdivided cell array, respectively a plurality of converter cells and redundant converter cells, wherein in a first segment first weighted converter cells and at least a first weighted redundant converter cell provided are, - in which in at least a second segment subordinate to the first segment each second weighted converter cell and a plurality of second weighted ones redundant converter cells are provided, - wherein the converter cells and redundant converter cells within a segment the same weighting comprising, with means for on-line self-calibration a single reference cell for calibrating the converter cells at least two segments of the digital-to-analog converter. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment das höchstwertige Segment des Wandlers darstellt.Transducer according to Claim 1, characterized that the first segment is the most significant segment represents the converter. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der ersten Wandlerzellen und der ersten redundanten Wandlerzelle auf den Wert der Referenzzelle derart abgestimmt ist, dass die Gewichtung der Referenzzelle der Gewichtung der ersten Wandlerzellen bzw. der Wandlerzellen des höchstwertigen Segmentes entspricht.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the size of the first Converter cells and the first redundant converter cell to the value the reference cell is tuned such that the weighting of Reference cell of the weighting of the first converter cells or of the converter cells of the highest value Segment corresponds. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zweiten redundanten Wandlerzellen eines zweiten Segmentes auf die Größe des jeweiligen zweiten Segmentes sowie des jeweiligen übergeordneten Segmentes abgestimmt ist.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized in that the number of second redundant converter cells of a second segment on the size of each second segment and the respective parent segment is. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Segment zumindest eine der Anzahl der jeweiligen zweiten Wandlerzellen entsprechende Anzahl an redundanten Wandlerzellen aufweist.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that a second segment at least one of the number the respective second converter cells corresponding number of redundant Transducer cells has. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Wandlerzellen und zweiten redundanten Wandlerzellen zumindest eines zweiten Segments in zwei gleich große Zellgruppen aufgeteilt sind, wobei in einer ersten Zellgruppe jeweils nur zweite redundante Wandlerzellen des jeweiligen zweiten Segmentes und in einer zweiten Zellgruppe zumindest alle zweiten Wandlerzellen des jeweiligen zweiten Segmentes angeordnet sind.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the second converter cells and second redundant converter cells at least one second segment into two equal cell groups are divided, wherein in a first cell group only second redundant converter cells of the respective second segment and in a second cell group at least all second converter cells of the respective second segment are arranged. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zellgruppe neben den zweiten Wandlerzellen zumindest eine zweite redundante Wandlerzelle aufweist.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second cell group is adjacent to the second transducer cells has at least a second redundant converter cell. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung allen Segmenten zugeordnet ist und damit dazu ausgelegt ist, die Wandlerzellen aller Segmente zu kalibrieren.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the means for online self-calibration is assigned to all segments and is thus designed to be the Calibrate converter cells of all segments. Wandler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Online-Selbstkalibrierung lediglich den Wandlerzellen der zumindest zwei höchstwertigen Segmente zugeordnet ist und damit dazu ausgelegt ist, lediglich die Wandlerzellen dieser Segmente zu kalibrieren.Transducer according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the means for online self-calibration only associated with the converter cells of the at least two most significant segments is and thus designed to only the converter cells this Calibrate segments. Verfahren zum Online-Kalibrieren der Wandlerzellen eines D/A-Wandlers nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Wandlerzellen und redundanten Wandlerzellen zweier Segmente auf den Wert der Referenzzelle kalibriert werden.Method for online calibration of converter cells a D / A converter according to any one of the preceding claims, wherein the at least the converter cells and redundant converter cells of two Segments are calibrated to the value of the reference cell. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibrieren der zweiten Wandlerzellen und der zweiten redundanten Wandlerzellen der zweiten Segmente zunächst die Wandlerzellen der einen Zellgruppe kalibriert werden und die Wandlerzellen der jeweils anderen Gruppe deaktiviert bleiben und im Anschluss daran die Wandlerzellen der anderen Zellgruppe kalibriert werden und die Wandlerzellen der jeweils einen Zellgruppe deaktiviert bleiben.Method according to claim 10, characterized in that in calibrating the second converter cells and the second redundant converter cells of the second segments first, the converter cells of a cell group are calibrated and the converter cells of remain disabled in each other's group and subsequently the transducer cells of the other cell group are calibrated and the Transducer cells of each cell group remain disabled. Verfahren zum Betreiben der Wandlerzelle für einen D/A-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, die folgenden drei Betriebsmodi: – einen ersten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) für die Digital-Analog-Wandlung herangezogen wird/werden, – einen zweiten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) kalibriert wird/werden, – einem dritten Betriebsmodus, bei dem die Wandlerzelle(n) in einem inaktiven Modus bezogen auf eine Referenz, insbesondere bezogen auf das Bezugspotenzial, betrieben wird/werden.Method for operating the converter cell for a D / A converter according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the following three operating modes are: a first operating mode in which the converter cell (s) is used for the digital-to-analogue conversion / a second mode of operation in which the converter cell (s) is calibrated; a third mode of operation in which the converter cell (s) are in an inactive mode with respect to a Reference, in particular based on the reference potential, is operated / be.
DE200510017305 2005-04-14 2005-04-14 Segmented digital-to-analog converter, method for online calibration of the digital-to-analog converter and method for operating the segmented digital-to-analog converter Expired - Fee Related DE102005017305B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510017305 DE102005017305B4 (en) 2005-04-14 2005-04-14 Segmented digital-to-analog converter, method for online calibration of the digital-to-analog converter and method for operating the segmented digital-to-analog converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510017305 DE102005017305B4 (en) 2005-04-14 2005-04-14 Segmented digital-to-analog converter, method for online calibration of the digital-to-analog converter and method for operating the segmented digital-to-analog converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005017305A1 true DE102005017305A1 (en) 2006-10-19
DE102005017305B4 DE102005017305B4 (en) 2012-01-26

Family

ID=37055394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510017305 Expired - Fee Related DE102005017305B4 (en) 2005-04-14 2005-04-14 Segmented digital-to-analog converter, method for online calibration of the digital-to-analog converter and method for operating the segmented digital-to-analog converter

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005017305B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114216B4 (en) * 2013-10-09 2018-01-18 Analog Devices Global A digital-to-analog converter and a method of operating a digital-to-analog converter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4712091A (en) * 1985-01-16 1987-12-08 U.S. Philips Corporation Digital/analog converter having a switchable reference current
US5293166A (en) * 1992-03-31 1994-03-08 Vlsi Technology, Inc. Digital-to-analog converter and bias compensator therefor
US5646619A (en) * 1995-04-26 1997-07-08 Lucent Technologies Inc. Self-calibrating high speed D/A converter
US5949362A (en) * 1997-08-22 1999-09-07 Harris Corporation Digital-to-analog converter including current cell matrix with enhanced linearity and associated methods
US6346901B1 (en) * 1998-12-24 2002-02-12 Motorola, Inc. Digital-to-analog conversion circuit
US6563444B2 (en) * 2001-03-30 2003-05-13 Iowa State University Research Foundation, Inc. Apparatus for and method of performing a conversion operation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4712091A (en) * 1985-01-16 1987-12-08 U.S. Philips Corporation Digital/analog converter having a switchable reference current
US5293166A (en) * 1992-03-31 1994-03-08 Vlsi Technology, Inc. Digital-to-analog converter and bias compensator therefor
US5646619A (en) * 1995-04-26 1997-07-08 Lucent Technologies Inc. Self-calibrating high speed D/A converter
US5949362A (en) * 1997-08-22 1999-09-07 Harris Corporation Digital-to-analog converter including current cell matrix with enhanced linearity and associated methods
US6346901B1 (en) * 1998-12-24 2002-02-12 Motorola, Inc. Digital-to-analog conversion circuit
US6563444B2 (en) * 2001-03-30 2003-05-13 Iowa State University Research Foundation, Inc. Apparatus for and method of performing a conversion operation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GROENEVELD (u.a.): A self calibration technique for monolithic high-resolution D/A converters. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, ISSN 0018-9200, 1989, Vol. 24, Nr. 6, S. 1517-1522 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114216B4 (en) * 2013-10-09 2018-01-18 Analog Devices Global A digital-to-analog converter and a method of operating a digital-to-analog converter

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005017305B4 (en) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013018971B4 (en) Strand digital-to-analog converter fast charge system and method
DE102008048901B4 (en) Integrated circuit having a variety of multi-bit digital-to-analog converters, sigma-delta modulator circuitry and methods of calibrating a variety of multi-bit digital-to-analog converters
EP1290785B1 (en) Devices and methods for calibrating amplifier stages and for compensating errors in components arranged upstream of amplifier stages
DE19946750B4 (en) Two-step analog-to-digital converter and method
DE3003099C2 (en) Digital-to-analog converter with compensation circuit
DE102004049481B4 (en) Analog to digital converter
DE102007033689B4 (en) Analog-to-digital converter with successive approximation register and large input range
DE3531870C2 (en)
DE3136784A1 (en) DIGITAL-ANALOG CONVERTER
DE3104904A1 (en) HIGHLY ACCURATE DIGITAL / ANALOG CONVERTER AND SUSPENSION PROCESS REMOVAL SYSTEM DAFUER
DE19958049A1 (en) D / A converter operating in analog current mode
DE19528403C2 (en) Analog / digital converter with digital / analog converter with resistor chain network
DE60312641T2 (en) A current-controlled digital-to-analog converter with consistent accuracy
DE102019112542A1 (en) RESERVOIR CONDENSER-BASED ANALOG DIGITAL CONVERTER
DE10139488C1 (en) Analogue/digital converter provides binary coded dataword from analogue input signal using successive approximation method
DE10153309B4 (en) Digital-to-analog converter device with high resolution
DE102013013193B4 (en) Sigma-delta analog-to-digital converter with improved feedback
DE102005030563B4 (en) Multichannel digital / analog converter arrangement
DE102011006760A1 (en) A / D converter device and signal processing unit hereby
DE102005017305B4 (en) Segmented digital-to-analog converter, method for online calibration of the digital-to-analog converter and method for operating the segmented digital-to-analog converter
DE69816937T2 (en) DIGITAL-ANALOG AND ANALOG-DIGITAL CONVERTER
DE102005039622A1 (en) Circuit for performing an analog-to-digital conversion and analog-to-digital conversion method
EP1391993A2 (en) Method and arrangement for analogue-to-digital conversion
DE102016112516B3 (en) signal converter
DE102021102573A1 (en) Digital to time converter circuit and method of operating the same

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LANTIQ DEUTSCHLAND GMBH, 85579 NEUBIBERG, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: LANTIQ DEUTSCHLAND GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE

Effective date: 20110325

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120427

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20121101